KR20210014199A - A semiconductor processing system, and a method of implanting ions into a workpiece, a method of processing a workpiece, a method of etching a workpiece, and a method of depositing material on the workpiece - Google Patents

A semiconductor processing system, and a method of implanting ions into a workpiece, a method of processing a workpiece, a method of etching a workpiece, and a method of depositing material on the workpiece Download PDF

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Abstract

이온 빔과 함께 사용하기 위한 작업물에 근접하여 배치되는 보조 플라즈마 소스를 갖는 시스템이 개시된다. 보조 플라즈마 소스는 작업물을 향해 드리프트(drift)하며 필름을 형성할 수 있는 이온들 및 라디칼들을 생성하기 위해 사용된다. 그런 다음, 이온 빔은, 이온들 및 라디칼들이 작업물을 프로세싱할 수 있도록 에너지를 제공하기 위해 사용된다. 추가로, 시스템의 다양한 애플리케이션들이 개시된다. 예를 들어, 시스템은, 증착, 주입, 에칭, 사전-처리 및 후-처리를 포함하는 다양한 프로세스들에 대해 사용될 수 있다. 작업물에 가깝게 보조 플라즈마 소스를 위치시킴으로써, 이전에는 가능하지 않았던 프로세스들이 수행될 수 있다. 추가로, 세정 및 주입 또는 주입 및 패시베이팅과 같은 2개의 비유사한 프로세스들이 엔드 스테이션으로부터 작업물을 제거하지 않고 수행될 수 있다.A system is disclosed having an auxiliary plasma source disposed proximate a workpiece for use with an ion beam. The auxiliary plasma source is used to generate ions and radicals that can drift towards the workpiece and form a film. The ion beam is then used to provide energy so that the ions and radicals can process the workpiece. Additionally, various applications of the system are disclosed. For example, the system can be used for a variety of processes including deposition, implantation, etching, pre-treatment and post-treatment. By placing the auxiliary plasma source close to the work piece, processes that were not previously possible can be performed. Additionally, two dissimilar processes such as cleaning and injection or injection and passivating can be performed without removing the workpiece from the end station.

Figure P1020217001926
Figure P1020217001926

Description

인라인 표면 엔지니어링 소스를 사용하는 시스템 및 방법들Systems and methods using inline surface engineering sources

본 출원은 2018년 06월 22일자로 출원된 미국 특허 출원 일련번호 제16/015,323호에 대한 우선권을 주장하며, 이러한 출원의 개시내용은 그 전체가 본원에 참조로서 통합된다.This application claims priority to U.S. Patent Application Serial No. 16/015,323, filed June 22, 2018, the disclosure of which is incorporated herein by reference in its entirety.

본 개시의 실시예들은 인라인(inline) 표면 엔지니어링 소스를 사용하는 반도체 프로세싱 시스템들 및 방법들에 관한 것으로서, 보다 더 구체적으로, 이온 빔과 함께 사용하기 위한 작업물에 근접한 이온들 및 라디칼들의 소스의 사용에 관한 것이다. Embodiments of the present disclosure relate to semiconductor processing systems and methods using an inline surface engineering source, and more particularly, to a source of ions and radicals proximate a workpiece for use with an ion beam. It's about use.

반도체 디바이스의 제조는 복수의 개별적이고 복잡한 프로세스들을 수반한다. 하나의 이러한 프로세스는, 도펀트 재료가 작업물 내로 주입되는 주입 프로세스일 수 있다. 다른 프로세스는, 재료가 작업물 상에 증착되는 증착 프로세스일 수 있다. 또 다른 프로세스는, 재료가 작업물로부터 제거되는 에칭 프로세스일 수 있다. The fabrication of semiconductor devices involves a number of individual and complex processes. One such process may be an implantation process in which a dopant material is implanted into the workpiece. Another process may be a deposition process in which the material is deposited on the workpiece. Another process may be an etching process in which material is removed from the work piece.

희망되는 경로를 따라 이온들을 보내기 위하여, 전극들, 질량 분석기들, 사중극자 렌즈들, 및 가속/감속 스테이지들과 같은 복수의 컴포넌트들을 갖는 빔 라인 시스템이 사용된다. 광학 시스템과 같이, 빔 라인 시스템은 이온들의 경로를 구부리고 이온들을 포커싱함으로써 이온들을 조작한다. In order to direct the ions along the desired path, a beam line system with multiple components such as electrodes, mass spectrometers, quadrupole lenses, and acceleration/deceleration stages is used. Like an optical system, a beamline system manipulates the ions by bending the path of the ions and focusing the ions.

일부 실시예들에 있어서, 리본 이온 빔이 생성된다. 리본 이온 빔은, 높이보다 훨씬 더 넓은 이온 빔이다. 달리 말하면, 작업물에서 측정되는 그것의 높이로 나눈 그것의 폭으로 정의되는 리본 이온 빔의 종횡비는 매우 높을 수 있으며, 예컨대 20보다 더 클 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 리본 빔의 폭은 프로세싱되는 작업물의 직경보다 더 넓다. In some embodiments, a ribbon ion beam is generated. The ribbon ion beam is an ion beam that is much wider than its height. In other words, the aspect ratio of a ribbon ion beam, defined as its width divided by its height measured at the workpiece, can be very high, for example greater than 20. In some embodiments, the width of the ribbon beam is wider than the diameter of the workpiece being processed.

수년에 걸쳐, 이온 주입기들은 에너지 필터들, 콜리메이터(collimator)들, 스캐닝 시스템들 및 최근에는 분자 이온 소스들, 초저온 및 상승된 주입 온도 성능들의 사용을 통합하는 매우 정교한 툴들이 되었다. 메모리 및 로직 아키텍처들이 계속해서 확장되고 게이트-올-어라운드(Gate-all-around)와 같은 복잡한 구조체들이 가능해짐에 따라, 이온 주입에 따라 표면 인접 프로세스(near surface process)들을 제어하고 수정하기 위한 요구가 증가하고 있다. 이러한 표면 인접 프로세스들은 자생(native) 산화물 세정, 표면 패시베이션(passivation), 결함을 감소시키기 위한 새로운 손상 엔지니어링 기술들, 표면으로부터 빔라인의 전형적인 역행(retrograde) 프로파일들까지의 단계화된 프로파일들, 및 이온 빔 자체가 표면 상의 반응에 대한 촉매인 선택적 프로세싱을 포함할 수 있다.Over the years, ion implanters have become very sophisticated tools incorporating the use of energy filters, collimators, scanning systems and more recently molecular ion sources, cryogenic and elevated implant temperature capabilities. As memory and logic architectures continue to expand and complex structures such as gate-all-around become possible, the need to control and modify near surface processes following ion implantation. Is increasing. These surface proximal processes include native oxide cleaning, surface passivation, new damage engineering techniques to reduce defects, staged profiles from surface to typical retrograde profiles of the beamline, and ion. The beam itself may comprise selective processing, which is a catalyst for reactions on the surface.

따라서, 이온 빔과 함께 작업물 상의 표면 인접 프로세스들을 수행하기 위하여 작업물에 근접하여 인라인 표면 엔지니어링 소스를 생성하기 위한 반도체 프로세싱 시스템 및 방법이 존재하는 경우 유익할 것이다.Thus, it would be beneficial if there was a semiconductor processing system and method for creating an inline surface engineering source in proximity to a work piece to perform surface proximal processes on the work piece with an ion beam.

이온 빔과 함께 사용하기 위한 작업물에 근접하여 배치되는 보조 플라즈마 소스를 갖는 시스템이 개시된다. 보조 플라즈마 소스는 작업물을 향해 드리프트(drift)하며 필름을 형성할 수 있는 이온들 및 라디칼들을 생성하기 위해 사용된다. 그런 다음, 이온 빔은, 이온들 및 라디칼들이 작업물을 프로세싱할 수 있도록 에너지를 제공하기 위해 사용된다. 추가로, 시스템의 다양한 애플리케이션들이 개시된다. 예를 들어, 시스템은, 증착, 주입, 에칭, 사전-처리 및 후-처리를 포함하는 다양한 프로세스들에 대해 사용될 수 있다. 작업물에 가깝게 보조 플라즈마 소스를 위치시킴으로써, 이전에는 가능하지 않았던 프로세스들이 수행될 수 있다. 추가로, 세정 및 주입 또는 주입 및 패시베이팅과 같은 2개의 비유사한 프로세스들이 엔드 스테이션으로부터 작업물을 제거하지 않고 수행될 수 있다. A system is disclosed having an auxiliary plasma source disposed proximate a workpiece for use with an ion beam. The auxiliary plasma source is used to generate ions and radicals that can drift towards the workpiece and form a film. The ion beam is then used to provide energy so that the ions and radicals can process the workpiece. Additionally, various applications of the system are disclosed. For example, the system can be used for a variety of processes including deposition, implantation, etching, pre-treatment and post-treatment. By placing the auxiliary plasma source close to the work piece, processes that were not previously possible can be performed. Additionally, two dissimilar processes such as cleaning and injection or injection and passivating can be performed without removing the workpiece from the end station.

일 실시예에 따르면, 반도체 프로세싱 시스템이 개시된다. 반도체 프로세싱 시스템은, 이온 빔을 생성하기 위한 이온 소스; 및 작업물에 근접하여 배치되는 보조 플라즈마 소스를 포함하며, 보조 플라즈마 소스는 작업물을 향해 이온들 및 라디칼들을 방출하도록 배향된 출구 개구를 갖는다. 일부 실시예들에 있어서, 이온 소스는 빔 라인 이온 시스템의 컴포넌트이다. 특정 실시예들에 있어서, 보조 플라즈마 소스는, 외부 하우징, 외부 하우징 내에 배치되는 안테나, 및 안테나와 연통하는 RF 전원 공급장치를 포함한다. 다른 실시예들에 있어서, 보조 플라즈마 소스는, 외부 하우징, 외부 하우징 외부에 그리고 외부 하우징의 벽에 근접하여 배치되는 안테나, 및 안테나와 연통하는 RF 전원 공급장치를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 출구 개구는, 라디칼들 및 이온들이, 이온 빔이 작업물에 충돌하는 위치에서 작업물을 향해 보내지도록 배향된다. 다른 실시예들에 있어서, 출구 개구는, 라디칼들 및 이온들이 이온 빔에 평행한 방향으로 작업물을 향해 보내지도록 배향된다. 특정 실시예들에 있어서, 보조 플라즈마 소스는, 이온들이 작업물로 끌어당겨지도록 바이어싱된다. 일부 실시예들에 있어서, 시스템은, 내부에 작업물이 배치되는 엔드 스테이션을 포함하며, 여기에서 보조 플라즈마 소스는 엔드 스테이션 내에 배치된다. 일부 실시예들에 있어서, 가열기가 엔드 스테이션 내에 배치된다. 특정 실시예들에 있어서, 보조 플라즈마 소스와는 별개의 플라즈마 플러드 건(flood gun)이 엔드 스테이션 내에 배치된다. According to one embodiment, a semiconductor processing system is disclosed. A semiconductor processing system includes an ion source for generating an ion beam; And an auxiliary plasma source disposed proximate the work piece, the auxiliary plasma source having an outlet opening oriented to emit ions and radicals toward the work piece. In some embodiments, the ion source is a component of the beamline ion system. In certain embodiments, the auxiliary plasma source includes an outer housing, an antenna disposed within the outer housing, and an RF power supply in communication with the antenna. In other embodiments, the auxiliary plasma source includes an outer housing, an antenna disposed outside the outer housing and proximate a wall of the outer housing, and an RF power supply in communication with the antenna. In certain embodiments, the outlet opening is oriented such that radicals and ions are directed toward the workpiece at a location where the ion beam impinges on the workpiece. In other embodiments, the outlet opening is oriented such that radicals and ions are directed toward the workpiece in a direction parallel to the ion beam. In certain embodiments, the auxiliary plasma source is biased to attract ions to the workpiece. In some embodiments, the system includes an end station within which the work piece is disposed, wherein the auxiliary plasma source is disposed within the end station. In some embodiments, a heater is disposed within the end station. In certain embodiments, a plasma flood gun separate from the auxiliary plasma source is disposed within the end station.

다른 실시예에 따르면, 작업물 내로 희망되는 종의 이온들을 주입하는 방법이 개시된다. 방법은, 희망되는 종을 포함하는 가스를 사용하여 보조 플라즈마 소스 내에서 플라즈마를 생성하는 단계로서, 보조 플라즈마 소스는 작업물에 근접하여 위치되며, 플라즈마로부터의 이온들 및 라디칼들은 보조 플라즈마 소스를 빠져나와 작업물을 향해 이동하는, 단계; 및 보조 플라즈마 소스와는 상이한 이온 소스를 사용하여 생성된 이온 빔을 사용하여, 보조 플라즈마 소스로부터의 이온들 및 라디칼들을 작업물 내로 때려 넣는(knocking) 단계를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 이온 빔은 비활성 종을 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 플라즈마로부터의 이온들 및 라디칼들은, 이온 빔이 작업물에 충돌하는 위치에서 작업물을 향해 보내진다. 일부 실시예들에 있어서, 이온들 및 라디칼들은, 이온 빔이 작업물에 충돌하는 위치에서 작업물의 표면 상에 필름을 형성한다. 특정 실시예들에 있어서, 희망되는 종은 III 족, IV 족 또는 V 족 원소를 포함하는 분자를 포함한다. According to another embodiment, a method of implanting ions of a desired species into a workpiece is disclosed. The method comprises generating a plasma in an auxiliary plasma source using a gas containing the desired species, wherein the auxiliary plasma source is positioned close to the workpiece, and ions and radicals from the plasma exit the auxiliary plasma source. Moving toward me and the work piece; And using an ion beam generated using an ion source different from the auxiliary plasma source, knocking ions and radicals from the auxiliary plasma source into the workpiece. In some embodiments, the ion beam comprises an inactive species. In certain embodiments, ions and radicals from the plasma are directed toward the workpiece at a location where the ion beam strikes the workpiece. In some embodiments, the ions and radicals form a film on the surface of the work piece at a location where the ion beam strikes the work piece. In certain embodiments, a desired species includes molecules comprising a Group III, IV or V group element.

다른 실시예에 따르면, 작업물을 프로세싱하는 방법이 개시된다. 방법은, 에칭 종을 포함하는 가스를 사용하여 보조 플라즈마 소스 내에서 플라즈마를 생성하는 단계로서, 보조 플라즈마 소스는 엔드 스테이션 내에서 작업물에 근접하여 위치되고, 플라즈마로부터의 이온들 및 라디칼들은 보조 플라즈마 소스를 빠져나와 작업물의 표면 상의 자생 산화물 층과 반응하는, 단계; 반응 이후에 작업물을 가열하는 단계로서, 열은 작업물 상의 자생 산화물 층의 승화를 야기하는, 단계; 및 보조 플라즈마 소스와는 상이한 이온 소스를 사용하여 생성된 이온 빔을 사용하여 작업물에 대해 추가적인 프로세스를 수행하는 단계로서, 작업물은 엔드 스테이션 내에 남아 있는, 단계를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 에칭 종은 암모니아 및 NF3으로 구성된 그룹으로부터 선택된다. 일부 실시예들에 있어서, 작업물은, 작업물의 일 부분이 플라즈마에 노출되고 그런 다음 열에 노출되도록 스캔된다. 일부 실시예들에 있어서, 생성하는 단계 및 가열하는 단계는, 작업물의 표면이 세정될 때까지 반복된다. According to another embodiment, a method of processing a workpiece is disclosed. The method comprises generating a plasma in an auxiliary plasma source using a gas comprising an etching species, wherein the auxiliary plasma source is located in close proximity to the workpiece in the end station, and ions and radicals from the plasma are Exiting the source and reacting with the native oxide layer on the surface of the workpiece; Heating the workpiece after the reaction, the heat causing sublimation of the native oxide layer on the workpiece; And performing an additional process on the work piece using an ion beam generated using an ion source different from the auxiliary plasma source, the work piece remaining in the end station. In certain embodiments, the etch species is selected from the group consisting of ammonia and NF 3 . In some embodiments, the workpiece is scanned such that a portion of the workpiece is exposed to plasma and then to heat. In some embodiments, the steps of creating and heating are repeated until the surface of the workpiece is cleaned.

다른 실시예에 따르면, 작업물을 에칭하는 방법이 개시된다. 방법은, 에칭 종을 포함하는 가스를 사용하여 보조 플라즈마 소스 내에서 플라즈마를 생성하는 단계로서, 보조 플라즈마 소스는 작업물에 근접하여 위치되며, 플라즈마로부터의 이온들 및 라디칼들은 작업물의 일 부분을 향해 보조 플라즈마 소스를 빠져나오고 작업물의 부분 상에 필름을 형성하는, 단계; 및 작업물을 에칭하기 위한 에너지를 제공하기 위하여, 보조 플라즈마 소스와는 상이한 이온 소스를 사용하여 생성된 이온 빔을 사용하는 단계를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 에칭 종은 할로겐을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 에칭 종은 CF4 및 산소를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 에칭 종은 할로겐을 포함하며, 자생 산화물 층이 에칭된다. 일부 실시예들에 있어서, 이온 빔은 비활성 가스를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 빔은, 필름이 생성되는 동안 작업물의 부분으로 보내진다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 빔은, 필름이 생성된 이후에 작업물의 부분으로 보내진다.According to another embodiment, a method of etching a workpiece is disclosed. The method comprises the steps of generating a plasma in an auxiliary plasma source using a gas comprising an etching species, wherein the auxiliary plasma source is positioned close to the work piece, and ions and radicals from the plasma are directed towards a portion of the work piece. Exiting the auxiliary plasma source and forming a film on a portion of the workpiece; And using an ion beam generated using an ion source different from the auxiliary plasma source to provide energy to etch the workpiece. In certain embodiments, the etch species comprises halogen. In some embodiments, the etch species comprises CF 4 and oxygen. In certain embodiments, the etch species comprises halogen and the autogenous oxide layer is etched. In some embodiments, the ion beam comprises an inert gas. In certain embodiments, the ion beam is directed to a portion of the work piece while the film is being created. In certain embodiments, the ion beam is sent to the part of the work piece after the film is created.

다른 실시예에 따르면, 작업물 상에 재료를 증착하는 방법이 개시된다. 방법은, 프로세스 가스를 사용하여 보조 플라즈마 소스 내에서 플라즈마를 생성하는 단계로서, 보조 플라즈마 소스는 작업물에 근접하여 위치되며, 플라즈마로부터의 이온들 및 라디칼들은 작업물의 일 부분을 향해 보조 플라즈마 소스를 빠져나오고, 작업물의 부분 상에 필름을 형성하는, 단계; 및 작업물 상에 재료를 증착하기 위한 에너지를 제공하기 위하여, 보조 플라즈마 소스와는 상이한 이온 소스를 사용하여 생성된 이온 빔을 사용하는 단계를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 프로세스 가스는 CH4를 포함하며, 이온 빔은 IV 족 원소를 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 오로지 이온 빔만을 사용하여 생성되는 것보다 더 박스형의 프로파일이 생성된다.According to another embodiment, a method of depositing a material on a workpiece is disclosed. The method comprises the steps of creating a plasma in an auxiliary plasma source using a process gas, wherein the auxiliary plasma source is positioned proximate a workpiece, and ions and radicals from the plasma direct the auxiliary plasma source towards a portion of the workpiece. Exiting and forming a film on a portion of the work piece; And using an ion beam generated using an ion source different from the auxiliary plasma source to provide energy for depositing the material on the workpiece. In certain embodiments, the process gas comprises CH 4 and the ion beam comprises a Group IV element. In some embodiments, a more boxed profile is created than that produced using only the ion beam.

다른 실시예에 따르면, 작업물을 프로세싱하는 방법이 개시된다. 방법은, 이온 빔을 사용하여 작업물을 향해 이온들을 보내는 단계; 프로세스 가스를 사용하여 보조 플라즈마 소스 내에서 플라즈마를 생성하는 단계로서, 보조 플라즈마 소스는 엔드 스테이션 내에서 작업물에 근접하여 위치되고, 플라즈마로부터의 이온들 및 라디칼들은 보조 플라즈마 소스를 빠져나와서 작업물의 표면과 반응하는, 단계; 및 반응 이후에 작업물을 가열하는 단계로서, 열은 작업물의 표면 상의 이온 빔에 의해 초래된 손상들을 복구하는, 단계를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 빔은 작업물 내로 이온들을 주입하기 위해 사용된다. 특정 실시예들에 있어서, 작업물은, 작업물의 일 부분이 플라즈마에 노출되고 그런 다음 열에 노출되도록 스캔된다. 일부 실시예들에 있어서, 작업물은 100° 내지 500°C 사이의 온도까지 가열된다. 특정 실시예들에 있어서, 프로세스 가스는 수소/질소 혼합물을 포함한다. 일부 실시예들에 있어서, 생성하는 단계 및 가열하는 단계 이전에 작업물의 전체가 이온 빔에 의해 프로세싱된다. 특정 실시예들에 있어서, 작업물의 일 부분은 이온 빔에 의해 프로세싱되며, 동시에 제 2 부분은 플라즈마와 반응된다.According to another embodiment, a method of processing a workpiece is disclosed. The method includes sending ions toward a workpiece using an ion beam; A step of generating a plasma in an auxiliary plasma source using a process gas, wherein the auxiliary plasma source is located in close proximity to the work piece in the end station, and ions and radicals from the plasma exit the auxiliary plasma source and Reacting with; And heating the workpiece after the reaction, wherein the heat repairs damage caused by the ion beam on the surface of the workpiece. In certain embodiments, an ion beam is used to implant ions into the workpiece. In certain embodiments, the workpiece is scanned such that a portion of the workpiece is exposed to plasma and then to heat. In some embodiments, the workpiece is heated to a temperature between 100° and 500°C. In certain embodiments, the process gas comprises a hydrogen/nitrogen mixture. In some embodiments, the entire work piece is processed by the ion beam prior to the generating and heating steps. In certain embodiments, a portion of the workpiece is processed by an ion beam while a second portion is reacted with the plasma.

본 개시의 더 양호한 이해를 위하여, 본원에 참조로서 포함되는 첨부된 도면들에 대한 참조가 이루어진다.
도 1은 일 실시예에 따른 인라인 표면 엔지니어링 소스와 함께 사용될 수 있는 리본 이온 빔을 생성하기 위한 빔-라인 주입 시스템의 대표도이다.
도 2는 일 실시예에 따른 도 1의 엔드 스테이션을 도시한다.
도 3a는 일 실시예에 따른 도 2의 보조 플라즈마 소스를 도시한다.
도 3b는 다른 실시예에 따른 도 2의 보조 플라즈마 소스를 도시한다.
도 4a는 일 실시예에 따른 도 2의 엔드 스테이션의 구성을 도시한다.
도 4b는 다른 실시예에 따른 도 2의 엔드 스테이션의 구성을 도시한다.
도 5는 도 4a의 엔드 스테이션을 사용하는 이온 주입을 도시한다.
도 6은 사전-처리 프로세스의 대표적인 순서도를 도시한다.
도 7은 하나의 후-처리 프로세스의 대표적인 순서도를 도시한다.
도 8은 다른 실시예에 따른 인라인 표면 엔지니어링 소스를 사용하는 반도체 프로세싱 시스템을 도시한다.
For a better understanding of the present disclosure, reference is made to the accompanying drawings, which are incorporated herein by reference.
1 is a representative diagram of a beam-line implantation system for generating a ribbon ion beam that can be used with an in-line surface engineering source according to one embodiment.
2 shows the end station of FIG. 1 according to an embodiment.
3A illustrates the auxiliary plasma source of FIG. 2 according to an embodiment.
3B illustrates the auxiliary plasma source of FIG. 2 according to another embodiment.
4A is a block diagram of the end station of FIG. 2 according to an embodiment.
4B is a block diagram of the end station of FIG. 2 according to another embodiment.
Figure 5 shows an ion implantation using the end station of Figure 4a.
6 shows a representative flow diagram of a pre-processing process.
7 shows a representative flow chart of one post-processing process.
8 illustrates a semiconductor processing system using an inline surface engineering source according to another embodiment.

도 1은 일 실시예에 따른 인라인 표면 엔지니어링 소스와 함께 사용될 수 있는 빔 라인 이온 주입 시스템을 도시한다. 빔 라인 이온 주입 시스템은 리본 이온 빔을 사용하여 작업물을 프로세싱하기 위해 사용될 수 있다. 1 shows a beamline ion implantation system that may be used with an inline surface engineering source according to one embodiment. A beam line ion implantation system can be used to process a workpiece using a ribbon ion beam.

빔 라인 이온 주입 시스템은, 이온 소스 챔버를 획정(define)하는 복수의 챔버 벽들을 포함하는 이온 소스(100)를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 소스(100)는 RF 이온 소스일 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, RF 안테나는 유전체 윈도우에 대하여 배치될 수 있다. 이러한 유전체 윈도우는 챔버 벽들 중 하나의 부분 또는 전부를 포함할 수 있다. RF 안테나는 구리와 같은 전기 전도성 재료를 포함할 수 있다. RF 전원 공급장치는 RF 안테나와 전기적으로 연통한다. RF 전원 공급장치는 RF 안테나에 RF 전압을 공급할 수 있다. RF 전원 공급장치에 의해 공급되는 전력은 0.1 내지 10 kW 사이일 수 있으며, 임의의 적절한 주파수 예컨대 1 내지 100 MHz 사이일 수 있다. 추가로, RF 전원 공급장치에 의해 공급되는 전력이 펄스화될 수 있다.The beamline ion implantation system includes an ion source 100 comprising a plurality of chamber walls defining an ion source chamber. In certain embodiments, the ion source 100 may be an RF ion source. In this embodiment, the RF antenna can be placed against the dielectric window. Such a dielectric window may comprise part or all of one of the chamber walls. The RF antenna may comprise an electrically conductive material such as copper. The RF power supply is in electrical communication with the RF antenna. The RF power supply can supply RF voltage to the RF antenna. The power supplied by the RF power supply can be between 0.1 and 10 kW, and can be any suitable frequency such as between 1 and 100 MHz. Additionally, the power supplied by the RF power supply can be pulsed.

다른 실시예에 있어서, 캐소드(cathode)가 이온 소스 챔버 내에 배치된다. 필라멘트는 캐소드 뒤에 배치되고, 전자들을 방출하도록 에너지가 공급된다. 이러한 전자들은 캐소드로 끌어당겨지며, 이는 결과적으로 전자들을 이온 소스 챔버 내로 방출한다. 캐소드가 필라멘트로부터 방출되는 전자들에 의해 간접적으로 가열되기 때문에, 이러한 캐소드는 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC)로 지칭될 수 있다. In another embodiment, a cathode is disposed within the ion source chamber. The filament is placed behind the cathode and energized to emit electrons. These electrons are attracted to the cathode, which in turn releases electrons into the ion source chamber. Since the cathode is heated indirectly by electrons emitted from the filament, this cathode may be referred to as an indirectly heated cathode (IHC).

다른 실시예들이 또한 가능하다. 예를 들어, 플라즈마는, 상이한 방식으로, 예컨대 버나스 이온 소스, 용량 결합 플라즈마(capacitively coupled plasma; CCP) 소스, 마이크로파 또는 ECR(전자-사이클로트론-공진(electron-cyclotron-resonance)) 이온 소스에 의해 생성될 수 있다. 플라즈마가 생성되는 방식은 본 개시에 의해 제한되지 않는다. Other embodiments are also possible. For example, the plasma is in different ways, such as by a Bernas ion source, a capacitively coupled plasma (CCP) source, a microwave or an ECR (electron-cyclotron-resonance) ion source. Can be created. The manner in which the plasma is generated is not limited by the present disclosure.

추출 플레이트로 지칭되는 하나의 챔버 벽이 추출 개구를 포함한다. 추출 개구는, 이를 통해 이온 소스 챔버 내에서 생성되는 이온들(1)이 추출되고 작업물(10)을 향해 보내지는 개구부일 수 있다. 작업물(10)은 실리콘 웨이퍼일 수 있거나, 또는 GaAs, GaN 또는 GaP와 같은 반도체 제조에 적절한 다른 기판일 수 있다. 추출 개구는 임의의 적절한 형상일 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 추출 개구는, 높이(y-치수)로서 지칭되는 제 2 치수보다 훨씬 더 클 수 있는 폭(x-치수)으로서 지칭되는 하나의 치수를 갖는 타원형 또는 직사각형 형상일 수 있다. One chamber wall, referred to as an extraction plate, contains an extraction opening. The extraction opening may be an opening through which ions 1 generated in the ion source chamber are extracted and sent toward the work 10. Workpiece 10 may be a silicon wafer, or may be another substrate suitable for semiconductor fabrication such as GaAs, GaN or GaP. The extraction opening can be of any suitable shape. In certain embodiments, the extraction opening may be oval or rectangular in shape with one dimension referred to as width (x-dimension), which may be much larger than a second dimension referred to as height (y-dimension). .

추출 광학부(110)가 이온 소스(100)의 추출 개구 외부에 그리고 이에 근접하여 배치된다. 특정 실시예들에 있어서, 추출 광학부(110)는 하나 이상의 전극들을 포함한다. 각각의 전극은 그 안에 배치된 개구를 갖는 단일의 전기 전도성 컴포넌트일 수 있다. 대안적으로, 각각의 전극은 2개의 컴포넌트들 사이에 개구를 생성하기 위하여 이격된 2개의 전기 전도성 컴포넌트들로 구성될 수 있다. 전극들은 텅스텐, 몰리브데넘 또는 티타늄과 같은 금속일 수 있다. 전극들 중 하나 이상은 접지에 전기적으로 연결될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 전극들 중 하나 이상은 전극 전원 공급장치를 사용하여 바이어싱될 수 있다. 전극 전원 공급장치는 추출 개구를 통해 이온들을 끌어당기기 위하여 이온 소스에 대하여 전극들 중 하나 이상을 바이어싱하기 위해 사용될 수 있다. 추출 개구 및 추출 광학부 내의 개구는, 이온들(1)이 개구들 둘 모두를 통과하도록 정렬된다.The extraction optics 110 are disposed outside and close to the extraction opening of the ion source 100. In certain embodiments, the extraction optics 110 includes one or more electrodes. Each electrode can be a single electrically conductive component with an opening disposed therein. Alternatively, each electrode may consist of two electrically conductive components spaced apart to create an opening between the two components. The electrodes can be a metal such as tungsten, molybdenum or titanium. One or more of the electrodes may be electrically connected to ground. In certain embodiments, one or more of the electrodes may be biased using an electrode power supply. The electrode power supply may be used to bias one or more of the electrodes to the ion source to attract ions through the extraction opening. The extraction opening and the opening in the extraction optic are aligned so that the ions 1 pass through both of the openings.

제 1 사중극자 렌즈(120)가 추출 광학부(110)로부터 하류측에 위치된다. 제 1 사중극자 렌즈(120)는 이온들(1)을 이온 빔으로 포커싱하기 위해 시스템 내의 다른 사중극자 렌즈들과 협동한다. The first quadrupole lens 120 is located downstream from the extraction optical unit 110. The first quadrupole lens 120 cooperates with other quadrupole lenses in the system to focus the ions 1 into the ion beam.

질량 분석기(130)는 제 1 사중극자 렌즈(120)로부터 하류측에 위치된다. 질량 분석기(130)는 추출된 이온들(1)의 경로를 가이드하기 위하여 자기장을 사용한다. 자기장은 그들의 질량 및 전하에 따라 이온들의 비행 경로에 영향을 준다. 분해(resolving) 개구(151)를 갖는 질량 분해 디바이스(150)는 질량 분석기(130)의 출력, 또는 원위 단부에 배치된다. 자기장의 적절한 선택에 의해, 선택된 질량 및 전하를 갖는 이러한 이온들(1)만이 분해 개구(151)를 통해 보내질 것이다. 다른 이온들은 질량 분해 디바이스(150) 또는 질량 분석기(130)의 벽에 충돌할 것이며, 시스템 내에서 추가로 이동하지 않을 것이다. The mass spectrometer 130 is located downstream from the first quadrupole lens 120. The mass spectrometer 130 uses a magnetic field to guide the path of the extracted ions 1. The magnetic field affects the flight path of ions depending on their mass and charge. A mass decomposition device 150 having a resolving opening 151 is disposed at the output of the mass spectrometer 130, or at the distal end. With the proper selection of the magnetic field, only these ions 1 of the selected mass and charge will be sent through the decomposition opening 151. Other ions will impinge on the walls of the mass resolution device 150 or the mass spectrometer 130 and will not move further within the system.

제 2 사중극자 렌즈(140)는 질량 분석기(130)의 출력과 질량 분해 디바이스(150) 사이에 배치될 수 있다. The second quadrupole lens 140 may be disposed between the output of the mass analyzer 130 and the mass decomposition device 150.

콜리메이터(180)는 질량 분해 디바이스(150)로부터 하류측에 배치된다. 콜리메이터(180)는 분해 개구(151)를 통과하는 이온들(1)을 받고, 복수의 평행한 또는 거의 평행한 빔렛(beamlet)들로 형성된 리본 이온 빔을 생성한다. 질량 분석기(130)의 출력 또는 원위 단부 및 콜리메이터(180)의 입력 또는 근위 단부는 고정된 거리로 이격될 수 있다. 질량 분해 디바이스(150)는 이러한 2개의 컴포넌트들 사이의 공간 내에 배치된다. The collimator 180 is disposed downstream from the mass decomposition device 150. The collimator 180 receives ions 1 passing through the decomposition opening 151 and generates a ribbon ion beam formed of a plurality of parallel or nearly parallel beamlets. The output or distal end of mass spectrometer 130 and the input or proximal end of collimator 180 may be spaced a fixed distance. The mass decomposition device 150 is disposed within the space between these two components.

제 3 사중극자 렌즈(160)는 질량 분해 디바이스(150)와 콜리메이터(180)의 입력 사이에 배치될 수 있다. 제 4 사중극자 렌즈(170)가 또한 질량 분해 디바이스(150)와 콜리메이터(180)의 입력 사이에 배치될 수 있다. The third quadrupole lens 160 may be disposed between the mass decomposition device 150 and the input of the collimator 180. A fourth quadrupole lens 170 may also be disposed between the mass decomposition device 150 and the input of the collimator 180.

특정 실시예들에 있어서, 사중극자 렌즈들은 다른 위치들에 배치될 수 있다. 예를 들어, 제 3 사중극자 렌즈(160)는 제 2 사중극자 렌즈(140)와 질량 분해 디바이스(150) 사이에 배치될 수 있다. 추가적으로, 특정 실시예들에 있어서, 사중극자 렌즈들 중 하나 이상이 생략될 수 있다. In certain embodiments, the quadrupole lenses may be placed in different positions. For example, the third quadrupole lens 160 may be disposed between the second quadrupole lens 140 and the mass decomposition device 150. Additionally, in certain embodiments, one or more of the quadrupole lenses may be omitted.

가속/감속 스테이지(190)가 콜리메이터(180)로부터 하류측에 위치될 수 있다. 가속/감속 스테이지(190)는 에너지 퓨리티 모듈(energy purity module)로 지칭될 수 있다. 에너지 퓨리티 모듈은, 이온 빔의 편향, 감속, 및 포커싱을 독립적으로 제어하도록 구성된 빔-라인 렌즈 컴포넌트이다. 예를 들어, 에너지 퓨리티 모듈은 수직 정전 에너지 필터(vertical electrostatic energy filter; VEEF) 또는 정전 필터(electrostatic filter; EF)일 수 있다. The acceleration/deceleration stage 190 may be located downstream from the collimator 180. The acceleration/deceleration stage 190 may be referred to as an energy purity module. The energy purity module is a beam-line lens component configured to independently control deflection, deceleration, and focusing of an ion beam. For example, the energy purity module may be a vertical electrostatic energy filter (VEEF) or an electrostatic filter (EF).

이온들(1)은 이온 빔(191)으로서 가속/감속 스테이지(190)를 빠져나오며, 엔드 스테이션(200)에 진입한다. 이온 빔(191)은 리본 이온 빔일 수 있다. 작업물(10)이 엔드 스테이션(200) 내에 배치된다.The ions 1 exit the acceleration/deceleration stage 190 as an ion beam 191 and enter the end station 200. The ion beam 191 may be a ribbon ion beam. The workpiece 10 is placed within the end station 200.

따라서, 빔 라인 이온 주입 시스템은 엔드 스테이션(200)에서 끝나는 복수의 컴포넌트들을 포함한다. 이상에서 설명된 바와 같이, 이러한 컴포넌트들은, 이온 소스(100); 추출 광학부(110); 사중극자 렌즈들(120, 140, 160, 170); 질량 분석기(130); 질량 분해 디바이스(150); 콜리메이터(180); 및 가속/감속 스테이지(190)를 포함한다. 이러한 컴포넌트들 중 하나 이상이 빔 라인 이온 주입 시스템 내에 포함되지 않을 수 있음을 유의해야 한다.Thus, the beamline ion implantation system includes a plurality of components that terminate at the end station 200. As described above, these components include: an ion source 100; Extraction optics 110; Quadrupole lenses 120, 140, 160, 170; Mass spectrometer 130; Mass decomposition device 150; Collimator 180; And an acceleration/deceleration stage 190. It should be noted that one or more of these components may not be included within the beamline ion implantation system.

추가로, 이상의 개시가 높이보다 훨씬 더 큰 폭을 갖는 리본 이온 빔을 설명하지만, 다른 실시예들이 또한 가능하다. 예를 들어, 스캔형 스팟 빔이 엔드 스테이션(200)에 진입할 수 있다. 스캔형 스팟 빔은 전형적으로 원의 형상인 이온 빔이며, 이는 리본 이온 빔과 동일한 효과를 생성하기 위하여 측방으로 스캔된다. Additionally, although the above disclosure describes a ribbon ion beam having a width much greater than its height, other embodiments are also possible. For example, a scan-type spot beam may enter the end station 200. The scan-type spot beam is an ion beam that is typically in the shape of a circle, which is scanned laterally to produce the same effect as a ribbon ion beam.

제어기(195)는 시스템을 제어하기 위해 사용될 수 있다. 제어기(195)는 프로세싱 유닛 및 연관된 메모리 디바이스를 갖는다. 이러한 메모리 디바이스는, 프로세싱 유닛에 의해 실행될 때, 시스템이 본원에서 설명되는 기능들을 수행하는 것을 가능하게 하는 명령어들을 포함한다. 이러한 메모리 디바이스는 플래시 ROM, 전기적 소거가능 ROM 또는 다른 적절한 디바이스들과 같은, 비-휘발성 메모리를 포함하는 임의의 비-일시적인 저장 매체일 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 메모리 디바이스는 RAM 또는 DRAM과 같은 휘발성 메모리일 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 제어기(195)는 범용 컴퓨터, 내장형 프로세서, 또는 특수하게 설계된 마이크로제어기일 수 있다. 제어기(195)의 실제 구현이 본 개시에 의해 한정되지 않는다. The controller 195 can be used to control the system. Controller 195 has a processing unit and an associated memory device. Such a memory device contains instructions that, when executed by the processing unit, enable the system to perform the functions described herein. Such a memory device may be any non-transitory storage medium including non-volatile memory, such as flash ROM, electrically erasable ROM or other suitable devices. In other embodiments, the memory device may be a volatile memory such as RAM or DRAM. In certain embodiments, the controller 195 may be a general purpose computer, an embedded processor, or a specially designed microcontroller. The actual implementation of the controller 195 is not limited by this disclosure.

도 2는 일 실시예에 따른 엔드 스테이션(200)을 도시한다. 이상에서 설명된 바와 같이, 작업물(10)이 엔드 스테이션(200) 내에 배치된다. 이온 빔(191)이 엔드 스테이션(200)에 진입하고, 작업물(10)을 향해 보내진다. 작업물(10)은 플래튼(210)에 의해 홀딩된다. 플래튼(210)은 플래튼(210)의 전방 표면에 수직인 축에 대하여 회전할 수 있다. 플래튼(210)은 또한 플래튼(210)의 전방 표면에 평행한 축(211)에 대하여 회전할 수 있다. 추가적으로, 플래튼(210)은 방향(212)을 따라 선형적으로 움직일 수 있다. 물론, 플래튼(210)이 또한 이러한 성능들의 전부보다 더 적은 성능을 가질 수 있다. 2 shows an end station 200 according to an embodiment. As described above, the workpiece 10 is placed within the end station 200. An ion beam 191 enters the end station 200 and is directed towards the workpiece 10. The workpiece 10 is held by the platen 210. The platen 210 may rotate about an axis perpendicular to the front surface of the platen 210. Platen 210 can also rotate about an axis 211 parallel to the front surface of platen 210. Additionally, platen 210 may move linearly along direction 212. Of course, platen 210 may also have less than all of these capabilities.

플라즈마 플러드 건(220)이 엔드 스테이션(200) 내에 그리고 이온 빔(191)에 근접하여 배치될 수 있다. 플라즈마 플러드 건(220)은 공간 전하 폭발(blowup)을 감소시키고 작업물(10)을 중성화하기 위하여 저 에너지 전자들을 방출하기 위해 사용된다. 특히, 플라즈마 플러드 건(220)은 오로지, 분자 해리(molecular dissociation)로부터의 원자 또는 분자 라디칼들과 같은 다른 플라즈마 종이 아니라 희 가스 또는 비-반응성 가스로 형성된 플라즈마로부터 전자들의 형태로 순(net) 네거티브하게 대전된 플럭스를 방출하기 위해서만 사용된다. 다시 말해서, 플라즈마 플러드 건(220)은 전자들을 방출하기 위해 비활성 가스, 예컨대 크세논을 사용한다. 플라즈마 플러드 건(220)은 작업물(10)의 속성들을 변화시키도록 의도되지 않는다. A plasma flood gun 220 may be placed within the end station 200 and in proximity to the ion beam 191. The plasma flood gun 220 is used to emit low energy electrons to reduce space charge blowup and to neutralize the workpiece 10. In particular, the plasma flood gun 220 is purely negative in the form of electrons from a plasma formed of a rare gas or a non-reactive gas rather than another plasma species such as atoms or molecular radicals from molecular dissociation. It is only used to emit negatively charged flux. In other words, the plasma flood gun 220 uses an inert gas, such as xenon, to emit electrons. The plasma flood gun 220 is not intended to change the properties of the workpiece 10.

일 실시예에 있어서, 플라즈마 플러드 건(220)은, 실질적으로 금속이 없는 내부 표면을 갖는 플라즈마 챔버(221)를 포함할 수 있다. 라디오-주파수 코일(222)이, 챔버 내에 봉입된 가스를 직접적으로 여기시키고 그에 따라서 희망되는 플라즈마를 생성하고 유지하기 위하여 플라즈마 챔버(221) 내에 배치될 수 있다. 플라즈마 챔버(221)는, 일 측면 상에, 이를 통해 플라즈마가 플라즈마 챔버(221) 밖으로 흐르고 이온 빔(191)의 이온들과 맞물리는 세장형(elongated) 추출 개구(223)를 가질 수 있다. 일련의 자석들(224)이 그 내부에 생성된 플라즈마를 포함시키고 제어하기 위하여 플라즈마 챔버(221) 주위에 배치될 수 있다. 특히, 자석들(224)은 플라즈마 챔버(221)의 벽들 외부에 위치될 수 있으며, 그들의 개별적인 자기장들은 플라즈마 챔버(221)의 벽을 통해 연장한다. In one embodiment, the plasma flood gun 220 may include a plasma chamber 221 having a substantially metal-free inner surface. A radio-frequency coil 222 may be placed within the plasma chamber 221 to directly excite the gas enclosed in the chamber and thus generate and maintain the desired plasma. The plasma chamber 221 may have an elongated extraction opening 223 on one side thereof through which plasma flows out of the plasma chamber 221 and meshes with ions of the ion beam 191. A series of magnets 224 may be placed around the plasma chamber 221 to contain and control the plasma generated therein. In particular, the magnets 224 may be located outside the walls of the plasma chamber 221 and their respective magnetic fields extend through the walls of the plasma chamber 221.

보다 더 구체적으로, 플라즈마 챔버(221)의 내부 부분들은 흑연 또는 실리콘 탄화물(SiC)와 같은 비-금속성 전도성 재료로 만들어질 수 있다. 피드-스루(feed-through) 가스 파이프가 플라즈마 챔버(221)의 측벽 내에 제공될 수 있으며, 이를 통해 하나 이상의 가스상 물질들이 플라즈마 챔버(221)에 공급될 수 있다. 가스 물질들은, 크세논(Xe), 아르곤(Ar) 또는 크립톤(Kr)과 같은 비활성 가스들을 포함할 수 있다. 가스 압력은 전형적으로 1-50 mTorr의 범위 내로 유지된다.More specifically, the inner parts of the plasma chamber 221 may be made of a non-metallic conductive material such as graphite or silicon carbide (SiC). A feed-through gas pipe may be provided in the sidewall of the plasma chamber 221, through which one or more gaseous substances may be supplied to the plasma chamber 221. The gaseous substances may include inert gases such as xenon (Xe), argon (Ar) or krypton (Kr). The gas pressure is typically maintained in the range of 1-50 mTorr.

라디오-주파수 코일(222)은, 전반적으로 플라즈마 챔버(221)의 중심을 통해 연장하는 세장형 형상을 가질 수 있다. 라디오-주파수 코일(222)의 일 단부는, 플라즈마 챔버(221) 내에 RF 전력을 유도적으로 결합할 수 있는 RF 전원 공급장치에 연결될 수 있다. RF 전력은, 예를 들어, 2 MHz, 13.56 MHz 및 27.12 MHz와 같은 전형적인 주파수들에서 동작할 수 있다. 라디오-주파수 코일(222)은 플라즈마 챔버(221) 내에 완전히 봉입될 수 있다. 플라즈마 챔버의 측벽 내에, 생성된 플라즈마가 이온 빔(191)과 접촉하도록 흐르는 것을 가능하게 하기 위하여 출구 개구(223)가 위치된다. 리본-형 이온 빔에 대하여, 출구 개구(223)는 실질적으로 리본 폭을 커버할 수 있다. The radio-frequency coil 222 may generally have an elongated shape extending through the center of the plasma chamber 221. One end of the radio-frequency coil 222 may be connected to an RF power supply capable of inductively coupling RF power within the plasma chamber 221. RF power can operate at typical frequencies such as 2 MHz, 13.56 MHz and 27.12 MHz, for example. The radio-frequency coil 222 may be completely enclosed within the plasma chamber 221. In the sidewall of the plasma chamber, an outlet opening 223 is positioned to allow the generated plasma to flow in contact with the ion beam 191. For a ribbon-shaped ion beam, the exit opening 223 can substantially cover the ribbon width.

일 실시예에 따르면, 플라즈마 플러드 건(220)으로부터의 플라즈마가 플라즈마 챔버(221) 외부를 바로 지나가는 이온 빔(191)과 플라즈마 브리지(plasma bridge)를 형성하는 것이 바람직할 수 있다. 이상에서 언급된 바와 같이, 플라즈마 챔버(221)는, 플라즈마 챔버(221) 내에 생성된 플라즈마를 포함시키고 제어하도록 배열된 영구 자석들 또는 전자석들과 같은 일련의 자석들(224)을 포함할 수 있다. 이러한 자석들(224)의 특성들은, 이것이 출구 개구(223)를 통해 플라즈마 챔버(221)를 빠져나올 때 플라즈마의 특성들을 제어하도록 또한 배열될 수 있다.According to an embodiment, it may be desirable to form a plasma bridge with the ion beam 191 through which plasma from the plasma flood gun 220 passes directly outside the plasma chamber 221. As mentioned above, the plasma chamber 221 may include a series of magnets 224 such as permanent magnets or electromagnets arranged to contain and control the plasma generated in the plasma chamber 221 . The properties of these magnets 224 can also be arranged to control the properties of the plasma as it exits the plasma chamber 221 through the outlet opening 223.

다른 실시예들에 있어서, 플라즈마 플러드 건(220)은 버나스 유형의 이온 소스일 수 있으며, 여기에서 필라멘트는 열이온 방출을 생성하기 위해 사용된다. 아르곤과 같은 가스가 플라즈마 챔버 내로 도입된다. 방출된 전자들은 플라즈마 챔버 내에서 플라즈마를 여기시키기 위해 사용된다. 그런 다음, 플라즈마로부터의 전자들은 출구 개구를 통해 플라즈마 챔버로부터 추출된다. In other embodiments, the plasma flood gun 220 may be a Bernas type of ion source, where filaments are used to generate thermionic emission. A gas such as argon is introduced into the plasma chamber. The emitted electrons are used to excite the plasma in the plasma chamber. Then, electrons from the plasma are extracted from the plasma chamber through the outlet opening.

다시 말해서, 플라즈마 플러드 건(220)은 다양한 방식들로 구성될 수 있으며, 그것의 구현이 본 개시에 의해 제한되지 않는다. In other words, the plasma flood gun 220 can be configured in various ways, and its implementation is not limited by the present disclosure.

따라서, 플라즈마 플러드 건(220)으로부터의 전자들은 그들의 경로를 이온 빔(191)을 향해 지향시키기 위해 자기장에 의해 국한될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 플라즈마 플러드 건(220)이 사용되지 않을 수 있다. Thus, electrons from the plasma flood gun 220 can be confined by the magnetic field to direct their path towards the ion beam 191. In certain embodiments, the plasma flood gun 220 may not be used.

보조 플라즈마 소스(270)는 엔드 스테이션(200) 내에 배치된다. 플라즈마 플러드 건(220)과 달리, 보조 플라즈마 소스(270)는 하나 이상의 출구 개구들(275)을 통해 작업물(10)에 근접한 영역 내로 이온들 및/또는 라디칼들을 방출하기 위해 사용된다. 잘 알려진 바와 같이, 라디칼은 짝지어지지 않은 원자가 전자를 갖는 분자 또는 원자 종이다. 결과적으로, 라디칼들은 전형적으로 고도로 반응성이다. 라디칼들은 전형적으로 보조 플라즈마 소스(270) 내에서의 더 큰 분자들의 해리에 의해 생성된다. 특정 실시예들에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270)는 작업물(10)의 30 cm 이내에 배치되지만, 다른 실시예들이 가능하다. 보조 플라즈마 소스(270)가 원통형으로서 예시되지만, 이것이 단지 예시적이며 보조 플라즈마 소스(270)가 임의의 형상일 수 있다는 것이 이해될 것이다. The auxiliary plasma source 270 is disposed within the end station 200. Unlike plasma flood gun 220, auxiliary plasma source 270 is used to emit ions and/or radicals through one or more outlet openings 275 into an area proximate to workpiece 10. As is well known, radicals are molecules or atomic species with unpaired valence electrons. As a result, radicals are typically highly reactive. Radicals are typically generated by the dissociation of larger molecules within the auxiliary plasma source 270. In certain embodiments, the auxiliary plasma source 270 is disposed within 30 cm of the workpiece 10, although other embodiments are possible. While the auxiliary plasma source 270 is illustrated as a cylindrical shape, it will be appreciated that this is only exemplary and that the auxiliary plasma source 270 may be of any shape.

특정 실시예들에 있어서, 가열기(240)가 또한 엔드 스테이션(200) 내에 배치될 수 있다. 가열기(240)는 보조 플라즈마 소스(270) 근처에 위치될 수 있으며, 그 결과 가열기(240) 및 보조 플라즈마 소스(270) 둘 모두가 이온 빔(191)의 동일한 측면 상에 배치된다. 가열기(240)는, 가열 램프들, LED들, 또는 저항성 가열기들을 포함하여 임의의 적절한 디바이스일 수 있다. 도 2는 이온 빔(191)과 가열기(240) 사이에 배치된 보조 플라즈마 소스(270)를 도시하지만, 다른 구성들이 또한 가능하다. 예를 들어, 가열기(240)는 이온 빔(191)과 보조 플라즈마 소스(270) 사이에 배치될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 가열기(240) 및 보조 플라즈마 소스(270)는 이온 빔(191)의 대향되는 측면들 상에 배치될 수 있다. In certain embodiments, heater 240 may also be disposed within end station 200. The heater 240 may be located near the auxiliary plasma source 270, so that both the heater 240 and the auxiliary plasma source 270 are disposed on the same side of the ion beam 191. The heater 240 can be any suitable device, including heating lamps, LEDs, or resistive heaters. 2 shows an auxiliary plasma source 270 disposed between the ion beam 191 and the heater 240, but other configurations are also possible. For example, the heater 240 may be disposed between the ion beam 191 and the auxiliary plasma source 270. In another embodiment, the heater 240 and the auxiliary plasma source 270 may be disposed on opposite sides of the ion beam 191.

도 3a에 도시된 일 실시예에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270)는 원통형일 수 있는 외부 하우징(231)을 포함하지만, 다른 형상들이 또한 가능하다. 외부 하우징(231)은 알루미늄 또는 어떤 다른 적절한 재료로 구성될 수 있다. 외부 하우징(231) 내에 안테나(232)가 존재하며, 이는 보호 커버(233)에 의해 둘러싸일 수 있다. 안테나(232)는 금속과 같은 전도성 재료로 구성될 수 있으며, U-형상일 수 있다. 안테나(232)는, 보조 플라즈마 소스(270) 내에서 생성되는 플라즈마(274)로부터 안테나(232)를 보호하기 위한 세라믹 재료일 수 있는 보호 커버(233)로 코팅되거나 또는 그 내에서 동축이다. 외부 하우징(231)은 하나 이상의 출구 개구들(275)을 포함하며, 이를 통해 플라즈마(274)가 보조 플라즈마 소스(270)를 빠져나오고 엔드 스테이션(200)에 진입한다. 동작 시에, 프로세스 가스가 외부 하우징(231)에 의해 획정된 체적 내로 도입된다. 안테나(232)는 RF 전원 소스(235)를 사용하여 에너지가 공급된다. 이러한 에너지는 보조 플라즈마 소스(270) 내에 플라즈마(274)를 생성한다. 그러면, 플라즈마(274)는 하나 이상의 출구 개구들(275)을 통해 보조 플라즈마 소스(270)를 빠져나온다.In the embodiment shown in Fig. 3A, the auxiliary plasma source 270 includes an outer housing 231, which may be cylindrical, although other shapes are also possible. The outer housing 231 may be constructed of aluminum or any other suitable material. An antenna 232 is present in the outer housing 231, which may be surrounded by a protective cover 233. The antenna 232 may be made of a conductive material such as metal, and may be U-shaped. The antenna 232 is coated with a protective cover 233, which may be a ceramic material to protect the antenna 232 from plasma 274 generated within the auxiliary plasma source 270, or is coaxial therein. The outer housing 231 includes one or more outlet openings 275 through which the plasma 274 exits the auxiliary plasma source 270 and enters the end station 200. In operation, the process gas is introduced into the volume defined by the outer housing 231. The antenna 232 is energized using an RF power source 235. This energy creates a plasma 274 in the auxiliary plasma source 270. The plasma 274 then exits the auxiliary plasma source 270 through one or more outlet openings 275.

도 3b는 다른 실시예에 따른 보조 플라즈마 소스(270)를 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270)는 외부 하우징(251) 외부에 배치되는 안테나(252)를 갖는다. 안테나(252)는 RF 전원 공급장치(255)를 사용하여 에너지가 공급된다. 예를 들어, 안테나(252)에 근접한 벽은, 안테나(252)로부터의 에너지가 벽을 통과하여 외부 하우징(251)에 의해 획정된 체적 내로 전달되도록 유전체 재료일 수 있다. 프로세스 가스가 이러한 체적 내로 도입되며, 에너지가 공급될 때, 플라즈마(274)를 생성한다. 그런 다음, 플라즈마(274)는 하나 이상의 출구 개구들(275)을 통해 보조 플라즈마 소스(270)를 빠져나온다.3B shows an auxiliary plasma source 270 according to another embodiment. In this embodiment, the auxiliary plasma source 270 has an antenna 252 disposed outside the outer housing 251. The antenna 252 is energized using an RF power supply 255. For example, a wall proximate to antenna 252 may be a dielectric material such that energy from antenna 252 passes through the wall and into a volume defined by outer housing 251. Process gas is introduced into this volume, and when energy is supplied, it creates a plasma 274. The plasma 274 then exits the auxiliary plasma source 270 through one or more outlet openings 275.

다른 유형들의 디바이스들이 보조 플라즈마 소스(270)에 대해 사용될 수 있다. 예를 들어, 간접 가열식 캐소드(IHC) 이온 소스가 사용될 수 있다. 대안적으로, 버나스 소스가 사용될 수 있다. 다른 실시예에 있어서, 유도 결합 플라즈마(ICP) 또는 용량 결합 플라즈마(CCP) 소스가 사용될 수 있다. 따라서, 보조 플라즈마 소스(270)는 도 3a 내지 도 3b에 도시된 것들로 제한되지 않는다. Other types of devices may be used for the auxiliary plasma source 270. For example, an indirectly heated cathode (IHC) ion source may be used. Alternatively, a Bernas source can be used. In other embodiments, an inductively coupled plasma (ICP) or capacitively coupled plasma (CCP) source may be used. Accordingly, the auxiliary plasma source 270 is not limited to those shown in FIGS. 3A to 3B.

도 4a에 도시된 것과 같은 특정 실시예들에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270)는, 하나 이상의 출구 개구들(275)이, 이온 빔(191)이 작업물(10)에 충돌하는 위치에서 작업물(10)을 향해 플라즈마(274)를 방출하도록 배향될 수 있다. 이러한 방식으로, 이온 빔(191)은 작업물(10)을 프로세싱하기 위해 플라즈마(274)와 협동한다. 예를 들어, 플라즈마(274) 내의 이온들 및 라디칼들은, 이온 빔(191)에 노출되는 영역에서 작업물(10) 상에 증착될 수 있다. 도 2에 대하여 설명된 바와 같이, 엔드 스테이션(200)은, 희망되는 경우, 플라즈마 플러드 건(220) 및/또는 가열기(240)를 포함할 수 있다.In certain embodiments, such as the one shown in FIG. 4A, the auxiliary plasma source 270 has one or more outlet openings 275 at a location where the ion beam 191 strikes the workpiece 10. It can be oriented to emit plasma 274 towards (10). In this way, the ion beam 191 cooperates with the plasma 274 to process the workpiece 10. For example, ions and radicals in the plasma 274 may be deposited on the workpiece 10 in a region exposed to the ion beam 191. As described with respect to FIG. 2, the end station 200 may include a plasma flood gun 220 and/or a heater 240, if desired.

도 4b는 다른 실시예에 따른 엔드 스테이션(200)을 도시한다. 이러한 실시예에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270)는, 하나 이상의 출구 개구들(275)이 직접적으로 작업물(10)을 향하도록 배향된다. 이러한 방식으로, 플라즈마(274)의 흐름은 이온 빔(191)에 평행하다. 도 2에 대하여 설명된 바와 같이, 엔드 스테이션(200)은, 희망되는 경우, 플라즈마 플러드 건(220) 및/또는 가열기(240)를 포함할 수 있다.4B shows an end station 200 according to another embodiment. In this embodiment, the auxiliary plasma source 270 is oriented such that the one or more outlet openings 275 are directly facing the workpiece 10. In this way, the flow of plasma 274 is parallel to the ion beam 191. As described with respect to FIG. 2, the end station 200 may include a plasma flood gun 220 and/or a heater 240, if desired.

도 4a 내지 도 4b에 도시된 실시예들에 있어서, 프로세스 가스가 보조 플라즈마 소스(270) 내로 도입될 수 있다. 안테나는, 예컨대 RF 전원 공급장치의 사용을 통해 에너지가 공급된다. 안테나 내의 에너지는 보조 플라즈마 소스(270) 내의 프로세스 가스가 이온화되어 플라즈마(274)를 형성하는 것을 초래한다. 그런 다음, 이러한 플라즈마(274)는 하나 이상의 출구 개구들(275)을 통해 작업물(10)을 향해 빠져나온다. 특정 실시예들에 있어서, 전압 차이가 보조 플라즈마 소스(270)와 작업물(10) 사이에 존재할 수 있다. 예를 들어, 보조 플라즈마 소스(270)는 작업물(10)보다 더 포지티브하게 바이어싱될 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270)는 작업물(10)보다 0-5000V 더 포지티브하게 바이어싱될 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270)는 작업물(10)보다 0-500V 사이만큼 더 포지티브하게 바이어싱될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270) 내의 포지티브 이온들이 작업물(10)을 향해 가속된다. 대안적으로, 보조 플라즈마 소스(270)는 작업물(10)보다 더 네거티브하게 바이어싱될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270) 내의 포지티브 이온들은 작업물(10)에 의해 어느 정도 반사된다. 다른 실시예들에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270)는, 보조 플라즈마 소스(270)로부터의 이온 및 라디칼 플럭스가 단순히 하나 이상의 출구 개구들(275)을 통해 드리프트하도록 작업물(10)과 동일한 전위일 수 있다. In the embodiments shown in FIGS. 4A-4B, a process gas may be introduced into the auxiliary plasma source 270. The antenna is energized, for example through the use of an RF power supply. The energy in the antenna causes the process gas in the auxiliary plasma source 270 to ionize to form a plasma 274. Then, this plasma 274 exits toward the workpiece 10 through one or more outlet openings 275. In certain embodiments, a voltage difference may exist between the auxiliary plasma source 270 and the workpiece 10. For example, the auxiliary plasma source 270 may be biased more positively than the work piece 10. In some embodiments, auxiliary plasma source 270 may be biased 0-5000V more positively than workpiece 10. In certain embodiments, the auxiliary plasma source 270 may be biased more positively than the workpiece 10 by between 0-500V. In this embodiment, positive ions in the auxiliary plasma source 270 are accelerated toward the workpiece 10. Alternatively, the auxiliary plasma source 270 can be biased more negatively than the workpiece 10. In this embodiment, the positive ions in the auxiliary plasma source 270 are reflected to some extent by the workpiece 10. In other embodiments, the auxiliary plasma source 270 is at the same potential as the workpiece 10 so that the ion and radical flux from the auxiliary plasma source 270 simply drifts through the one or more outlet openings 275. I can.

도 4a에 도시된 실시예에 있어서, 플래튼(210)이 방향(212)을 따라 위쪽으로 움직임에 따라, 작업물(10)의 일 부분이 이온 빔(191) 및 보조 플라즈마 소스(270)로부터의 플라즈마(274)에 노출된다. 이러한 노출 이후에, 작업물(10)의 그 부분이 다음으로 가열기(240)에 의해 가열될 수 있다. In the embodiment shown in FIG. 4A, as the platen 210 moves upward along the direction 212, a portion of the workpiece 10 is removed from the ion beam 191 and the auxiliary plasma source 270. Is exposed to the plasma 274 of the. After this exposure, that portion of the workpiece 10 can then be heated by the heater 240.

도 4b에 도시된 실시예에 있어서, 작업물(10)은 먼저 이온 빔(191)에 의해 프로세싱되고, 그런 다음 위쪽으로 움직일 때 플라즈마(274)에 의해 프로세싱된다. 이온 빔(191) 및 플라즈마(274)에 노출된 이후에, 작업물(10)은 그런 다음 가열기(240)에 의해 열 프로세스를 겪을 수 있다.In the embodiment shown in FIG. 4B, the workpiece 10 is first processed by the ion beam 191 and then by the plasma 274 as it moves upward. After exposure to the ion beam 191 and the plasma 274, the workpiece 10 may then undergo a thermal process by the heater 240.

이온 빔(191) 및/또는 플라즈마(274)에 의한 처리 다음의 열의 사용은 유익한 애플리케이션들을 가질 수 있다.The use of heat following treatment with ion beam 191 and/or plasma 274 can have beneficial applications.

임의의 유형의 보조 플라즈마 소스는 도 4a 내지 도 4b에 도시된 구성들에서 이용될 수 있다는 것을 유의해야 한다. 따라서, 보조 플라즈마 소스(270)의 유형 및 그것의 배향의 선택은 수행되는 프로세스 및 다른 고려사항들에 기초하는 설계 결정들이다. It should be noted that any type of auxiliary plasma source may be used in the configurations shown in FIGS. 4A-4B. Thus, the choice of the type of auxiliary plasma source 270 and its orientation are design decisions based on the process being performed and other considerations.

안테나에 의해 인가되는 에너지뿐만 아니라 보조 플라즈마 소스(270) 내로의 프로세스 가스의 흐름 레이트가 보조 플라즈마 소스(270)로부터 추출되는 라디칼들 및 이온들의 수를 결정하는 인자들이다. 특정 실시예들에 있어서, 프로세스 가스는 플라즈마를 유지하기 위해 또는 프로세스 제어를 위하여 희망되는 종의 라디칼들 및 이온들의 수를 감소시키기 위해 비활성 가스로 희석된다. The energy applied by the antenna as well as the flow rate of the process gas into the auxiliary plasma source 270 are factors that determine the number of radicals and ions extracted from the auxiliary plasma source 270. In certain embodiments, the process gas is diluted with an inert gas to maintain the plasma or to reduce the number of radicals and ions of a desired species for process control.

도 1이 이온 주입과 관련하여 설명되지만, 엔드 스테이션(200)은 임의의 반도체 프로세싱 시스템과 함께 사용될 수 있다는 것이 이해될 것이다. 소스 엔지니어링 소스를 갖는 설명된 반도체 프로세싱 시스템을 가지고, 이러한 반도체 프로세싱 시스템의 다양한 애플리케이션들이 설명될 것이다. While FIG. 1 is described in connection with ion implantation, it will be appreciated that end station 200 may be used with any semiconductor processing system. With the described semiconductor processing system having a source engineering source, various applications of such a semiconductor processing system will be described.

일 실시예에 있어서, 도 4a에 도시된 구성을 사용하는 도 1의 반도체 프로세싱 시스템은 이온 주입 프로세스를 수행하기 위해 사용될 수 있다. 이상에서 설명된 바와 같이, 도 4a의 엔드 스테이션은, 이온 빔(191)이 작업물(10)과 충돌하는 위치에서 작업물(10)을 향한 보조 플라즈마 소스(270)로부터의 플라즈마(274)를 묘사한다. 이러한 방식으로, 작업물(10)의 표면과의 동시적인 이온 빔(191)과 플라즈마(274) 사이의 상호작용이 존재한다. In one embodiment, the semiconductor processing system of FIG. 1 using the configuration shown in FIG. 4A may be used to perform the ion implantation process. As described above, the end station of FIG. 4A transmits the plasma 274 from the auxiliary plasma source 270 toward the workpiece 10 at a position where the ion beam 191 collides with the workpiece 10. Describe. In this way, there is a simultaneous interaction between the plasma 274 and the ion beam 191 with the surface of the workpiece 10.

이러한 실시예에 있어서, 목표 종이 작업물(10) 내로 주입되도록 희망된다. 예를 들어, 목표 종은 III 족 원소, IV 원소, 또는 V 족 원소일 수 있다. 예를 들어, 일 실시예에 있어서, 비소가 희망되는 종일 수 있다. 이러한 희망되는 종이 보조 플라즈마 소스(270) 내로 도입된다. 희망되는 종은 목표 종을 포함하는 분자의 형태로 도입될 수 있다. 이러한 희망되는 종에 에너지가 공급되어 플라즈마(274)를 형성한다. 도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마(274)는, 이온 빔(191)이 작업물(10)에 충돌하는 위치 근처의 작업물(10)을 향해 확산한다. 플라즈마(274)로부터의 이온들 및 라디칼들은, 예컨대 필름(277)의 형태로 작업물(10)의 표면 상에 증착되게 될 수 있다. 아르곤, 크세논 또는 크립톤과 같은 가스가 이온 소스(100)(도 1) 내로 도입되며, 이온 빔(191)을 생성하기 위해 사용된다. 특정 실시예들에 있어서, 가스는, 네온, 아르곤, 크세논, 또는 크립톤과 같은 VIII 족 원소로서 정의된 비활성 종일 수 있다. 이온 빔(191)은, 작업물(10) 상에 필름(277)으로서 증착되었거나 또는 작업물에 근접한 플라즈마(274)로부터의 이온들 및 라디칼들과 충돌한다. 이러한 충돌들은 이온 빔(191) 내의 이온들로부터의 에너지 중 많은 부분을 플라즈마(274)로부터의 이온들 및 라디칼들로 전달한다. 이는 플라즈마(274)로부터의 이온들 및 라디칼들이 작업물(10)의 표면에 침투하기 위해 필요한 속도를 획득하게끔 한다. 따라서, 이온 빔(191) 내의 이온들의 에너지가 플라즈마(274)로부터의 이온들 및 라디칼들에 부여된다. 이는 필름(277) 내의 이온들 및 라디칼들이 작업물(10) 내로 드라이브되는 것을 가능하게 한다. 이러한 실시예에 있어서, 이온 빔(191)은 플라즈마(274)로부터의 이온들 및 라디칼들을 때려 넣기 위해 사용된다. 따라서, 통상적인 이온 주입기들과는 달리, 이온 소스(100) 내의 이온들은, 엔드 스테이션(200) 내의 보조 플라즈마 소스(270) 내에서 생성되는 이온들 및 라디칼들을 안으로 드라이브하기 위한 에너지를 제공하기 위해 사용된다. In this embodiment, it is desired to be injected into the target paper work 10. For example, the target species may be a group III element, an IV element, or a group V element. For example, in one embodiment, arsenic may be the desired species. This desired species is introduced into the auxiliary plasma source 270. The desired species can be introduced in the form of a molecule comprising the target species. Energy is supplied to this desired species to form plasma 274. As shown in FIG. 5, the plasma 274 diffuses toward the workpiece 10 near the position where the ion beam 191 strikes the workpiece 10. Ions and radicals from the plasma 274 may be deposited on the surface of the workpiece 10, for example in the form of a film 277. A gas such as argon, xenon or krypton is introduced into the ion source 100 (FIG. 1) and used to generate the ion beam 191. In certain embodiments, the gas may be an inert species defined as a Group VIII element such as neon, argon, xenon, or krypton. The ion beam 191 collides with ions and radicals from the plasma 274 deposited on the workpiece 10 as a film 277 or in proximity to the workpiece. These collisions transfer a large portion of the energy from the ions in the ion beam 191 to the ions and radicals from the plasma 274. This allows the ions and radicals from the plasma 274 to acquire the required speed to penetrate the surface of the workpiece 10. Thus, the energy of the ions in the ion beam 191 is imparted to the ions and radicals from the plasma 274. This allows ions and radicals in the film 277 to be driven into the workpiece 10. In this embodiment, ion beam 191 is used to strike ions and radicals from plasma 274. Thus, unlike conventional ion implanters, the ions in the ion source 100 are used to provide energy to drive into the ions and radicals generated in the auxiliary plasma source 270 in the end station 200. .

따라서, 이러한 실시예에 있어서, 이온 빔(191)은 에너지를 제공하기 위해 사용되며, 한편 보조 플라즈마 소스(270)는 희망되는 종을 공급하기 위해 사용된다. 이상의 설명이 비활성 가스들 및 비소를 사용하지만, 이들은 완전히 예시적이며 본 개시는 이러한 실시예들에 한정되지 않는다. 이온 빔(191)은 임의의 종의 이온들로 만들어질 수 있다. 일부 실시예들에 있어서, 비활성 원소들 또는 IV 족 원소들과 같은 특정 종은, 이온 빔이 실리콘 웨이퍼의 전도율에 영향을 주지 않도록 사용될 수 있다. 목표 종은, 붕소와 갈륨과 같은 III 족 원소들 및 인과 비소와 같은 V 족 원소들을 포함하여 임의의 희망되는 종일 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, III 족 원소들 및 V 족 원소들은 BF3, AsH3, PH3, 및 다른 것들과 같은 분자들을 형성하기 위해 다른 원소들과 결합될 수 있다. Thus, in this embodiment, the ion beam 191 is used to provide energy, while the auxiliary plasma source 270 is used to supply the desired species. Although the above description uses inert gases and arsenic, these are completely exemplary and the present disclosure is not limited to these embodiments. The ion beam 191 can be made of ions of any species. In some embodiments, certain species, such as inert elements or group IV elements, may be used so that the ion beam does not affect the conductivity of the silicon wafer. The target species may be any desired species, including Group III elements such as boron and gallium, and Group V elements such as phosphorus and arsenic. In certain embodiments, Group III elements and Group V elements may be combined with other elements to form molecules such as BF 3 , AsH 3 , PH 3 , and others.

다른 실시예에 있어서, 본원에서 설명되는 반도체 프로세싱 시스템들은 에칭 프로세스에 대해 사용될 수 있다. 특히, 보조 플라즈마 소스(270)의 사용은 작업물 근처에서 더 많은 화학적으로 활성인 라디칼들의 생성을 가능하게 한다. 이러한 경우에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270)는, VII 족 원소들 및 이러한 원소들을 포함하는 분자들과 같은, 에칭 화학 물질의 이온들, 라디칼들, 및 준안정 중성 입자들을 생성하기 위해 사용된다. 이러한 이온들 및 준안정 중성 입자들은 보조 플라즈마 소스(270)를 빠져나와서 작업물(10)을 향해 드리프트한다. 보조 플라즈마 소스(270)로부터의 이온들이 낮은 에너지를 가지기 때문에, 이러한 이온들은 작업물(10)의 표면에 또는 그 근처에 증착한다. In another embodiment, the semiconductor processing systems described herein can be used for an etching process. In particular, the use of an auxiliary plasma source 270 allows the generation of more chemically active radicals near the work piece. In this case, the auxiliary plasma source 270 is used to generate ions, radicals, and metastable neutral particles of the etching chemistry, such as Group VII elements and molecules containing these elements. These ions and metastable neutral particles exit the auxiliary plasma source 270 and drift toward the workpiece 10. Because the ions from the auxiliary plasma source 270 have low energy, these ions deposit on or near the surface of the workpiece 10.

특정 일 실시예에 있어서, 할로겐 함유 가스가 이온들을 생성하기 위해 보조 플라즈마 소스(270) 내로 도입된다. 보조 플라즈마 소스(270)를 빠져나오는 저 에너지 이온들 및 라디칼들이 작업물(10)의 표면 상에 얇은 필름을 형성할 수 있다. 이러한 얇은 필름은 이온 빔(191)에 의해 제공되는 에너지를 가지고 작업물을 에칭하기 위해 작업물(10)과 반응한다. 특정 실시예들에 있어서, 이온 빔(191)은 아르곤과 같은 비활성 가스를 포함할 수 있다. 일 실시예에 있어서, 도 4a의 실시예는, 필름이 형성되는 동안 이온 빔(191)이 작업물(10)의 부분을 향해 보내지도록 사용된다. 다른 실시예에 있어서, 도 4b의 실시예는, 필름이 형성된 이후에 이온 빔(191)이 작업물(10)의 부분을 향해 보내지도록 사용된다.In one specific embodiment, a halogen containing gas is introduced into the auxiliary plasma source 270 to generate ions. Low energy ions and radicals exiting the auxiliary plasma source 270 may form a thin film on the surface of the work 10. This thin film reacts with the workpiece 10 to etch the workpiece with the energy provided by the ion beam 191. In certain embodiments, the ion beam 191 may include an inert gas such as argon. In one embodiment, the embodiment of FIG. 4A is used to direct an ion beam 191 towards a portion of the workpiece 10 while the film is being formed. In another embodiment, the embodiment of FIG. 4B is used to direct the ion beam 191 towards a portion of the workpiece 10 after the film is formed.

다른 특정 실시예에 있어서, CF4 및 산소는 보조 플라즈마 소스(270) 내에서 이온화되고 해리된다. 아르곤과 같은 비활성 가스로 구성된 이온 빔(191)은 작업물(10)의 표면을 에칭하기 위해 사용된다. In another specific embodiment, CF 4 and oxygen are ionized and dissociated within the auxiliary plasma source 270. An ion beam 191 composed of an inert gas such as argon is used to etch the surface of the workpiece 10.

또 다른 특정 실시예에 있어서, 자생 산화물 층이 작업물(10)의 표면 상에 형성될 수 있다. 이러한 자생 산화물 층은 보조 플라즈마 소스(270) 내에서 수소를 이온화시킴으로써 에칭될 수 있다. 아르곤과 같은 비활성 가스로 구성된 이온 빔은 작업물(10)의 표면으로부터 자생 산화물을 에칭하기 위해 사용된다. In another specific embodiment, an autogenous oxide layer may be formed on the surface of the workpiece 10. Such an autogenous oxide layer may be etched by ionizing hydrogen in the auxiliary plasma source 270. An ion beam composed of an inert gas such as argon is used to etch the native oxide from the surface of the work piece 10.

다른 실시예에 있어서, 도 1 내지 도 4의 반도체 프로세싱 시스템은 증착을 위해 사용될 수 있다. 증착될 재료는 보조 플라즈마 소스(270) 내에서 이온화될 수 있다. 재료는 도펀트일 수 있거나 또는 작업물(10)에 대한 코팅으로서 사용되는 재료일 수 있다. 그 재료로부터의 이온들 및 라디칼들이 보조 플라즈마 소스(270)를 빠져나와서 작업물(10)을 향해 드리프트하며, 여기에서 이들은 작업물(10)의 표면 상에 증착된다. In another embodiment, the semiconductor processing system of FIGS. 1-4 may be used for deposition. The material to be deposited may be ionized within the auxiliary plasma source 270. The material may be a dopant or may be a material used as a coating for the workpiece 10. Ions and radicals from the material exit the auxiliary plasma source 270 and drift towards the workpiece 10, where they are deposited on the surface of the workpiece 10.

특정 일 실시예에 있어서, 프로세스 가스는 CH4일 수 있으며, 한편 이온 빔(191)은 탄소와 같은 IV 족 원소를 포함한다. 이는 작업물(10) 내에 더 박스형의 프로파일을 가능하게 한다. 대조적으로, 이온 빔(191)의 단독 사용은 역행 프로파일을 생성한다.In one particular embodiment, the process gas may be CH 4 , while the ion beam 191 contains a Group IV element such as carbon. This enables a more box-shaped profile within the workpiece 10. In contrast, the use of ion beam 191 alone creates a retrograde profile.

따라서, 이온 빔(191) 및 보조 플라즈마 소스(270)가 동시에 사용되는 애플리케이션들에 있어서, 이온 빔(191)은 2개의 기능들 중 적어도 하나를 수행하기 위해 사용될 수 있다. Thus, in applications where the ion beam 191 and the auxiliary plasma source 270 are used at the same time, the ion beam 191 may be used to perform at least one of the two functions.

첫째, 이온 빔(191)은 보조 플라즈마 소스(270)로부터의 이온들 및 라디칼들을 작업물(10)을 향해 그리고 그 안으로 드라이브하기 위해 필요한 에너지를 공급할 수 있다. 이의 일 예는, 도 5에 도시된 바와 같이, 플라즈마(274)로부터의 이온들을 작업물(10) 내로 때려 넣기 위한 이온 빔(191)의 사용이다. First, the ion beam 191 can supply the energy required to drive ions and radicals from the auxiliary plasma source 270 towards and into the workpiece 10. One example of this is the use of an ion beam 191 to strike ions from the plasma 274 into the workpiece 10, as shown in FIG. 5.

둘째, 이온 빔(191)은 작업물(10)의 표면에서 화학적 반응들을 용이하게 하거나 또는 초래하기 위한 추가적인 종을 공급할 수 있다. 이는 다수의 방식들로 달성될 수 있다. 첫째, 이온 빔(191)은, 작업물(10)의 표면이 증착된 층과 반응할 수 있도록 아래의 작업물(10)의 결합들을 약화시킬 수 있다. 둘째, 이온 빔(191)은 더 많은 반응들을 위하여 증착된 층을 아래의 작업물(10) 내로 혼합시킬 수 있다. 셋째, 이온 빔(191)은 작업물(10) 및 증착된 층으로부터 만들어지는 새로 형성된 화합물을 해방하거나 또는 휘발시킬 수 있다. 이러한 새롭게 형성된 화합물의 스퍼터링 수율은 작업물(10)에 대한 이온 빔(191)의 단독 사용의 스퍼터링 수율보다 훨씬 더 높을 수 있다. 예를 들어, 에칭 프로세스에 있어서, CF4 및 산소 라디칼들은 작업물(10)의 표면 상에 실리콘 질화물을 갖는 CFx 폴리머 유형의 재료를 생성한다. 결과적인 SiFxCy 화합물은 이온 빔(191)의 에너지에 의해 휘발된다. Second, the ion beam 191 can supply additional species to facilitate or cause chemical reactions at the surface of the workpiece 10. This can be accomplished in a number of ways. First, the ion beam 191 may weaken the bonds of the work 10 below so that the surface of the work 10 reacts with the deposited layer. Second, the ion beam 191 can mix the deposited layer into the workpiece 10 below for more reactions. Third, the ion beam 191 may release or volatilize a newly formed compound formed from the work 10 and the deposited layer. The sputtering yield of these newly formed compounds may be much higher than the sputtering yield of single use of the ion beam 191 for the workpiece 10. For example, in the etching process, CF 4 and oxygen radicals create a CF x polymer type material with silicon nitride on the surface of the workpiece 10. The resulting SiF x C y compound is volatilized by the energy of the ion beam 191.

또 다른 실시예에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270) 및 이온 빔(191)의 사용이 동시적이지 않을 수 있다. 예를 들어, 작업물(10)은 이러한 소스들 중 하나에 의해 프로세싱되고, 그런 다음 이후의 시간에 이러한 소스들 중 다른 것에 의해 프로세싱될 수 있다. In another embodiment, the use of the auxiliary plasma source 270 and the ion beam 191 may not be simultaneous. For example, the workpiece 10 may be processed by one of these sources, and then processed by another of these sources at a later time.

예를 들어, 일 실시예에 있어서, 보조 플라즈마 소스는 작업물(10)의 사전-처리를 제공하기 위해 사용된다. 이러한 프로세스의 순서도가 도 6에 도시된다. 이러한 실시예에 있어서, 이온 빔(191)이 사전-처리 동안 활성이 아니기 때문에, 도 4a 또는 도 4b의 실시예가 사용될 수 있다. 먼저, 프로세스(500)에 도시된 바와 같이, 이온 빔(191)이 디세이블(disable)된다. 암모니아(NH3) 및 NF3과 같은 하나 이상의 에칭 종이, 프로세스(510)에 도시된 바와 같이, 보조 플라즈마 소스(270) 내로 도입된다. 보조 플라즈마 소스(270)는 이온들 및 다른 라디칼들을 생성한다. 프로세스(520)에 도시된 바와 같이, 이온들 및 라디칼들이 보조 플라즈마 소스(270)를 빠져나와서 작업물(10)을 향해 드리프트하며, 여기에서 이들은 작업물(10)의 실리콘 산화물 층과 반응한다. 작업물(10)은, 프로세스(530)에 도시된 바와 같이, 그런 다음 이온들 및 라디칼들에 노출되었던 작업물(10)의 부분이 가열기(240)에 의해 가열되도록 스캔된다. 열은, 프로세스(540)에 도시된 바와 같이, 작업물(10)의 표면 상에 생성된 반응된 실리콘 산화물을 승화시키도록 역할한다. 작업물(10)의 표면이 세정될 때까지 이러한 프로세스가 반복된다. 그 이후에, 작업물(10)은, 프로세스(550)에 도시된 바와 같이, 이온 빔(191)에 의한 다른 프로세스를 겪을 수 있다. 유익하게는, 작업물(10)은, 사전-처리 및 프로세스(550)에서 도시된 제 2 프로세스 전체 동안 엔드 스테이션(200) 내에 남아 있는다. 다시 말해서, 작업물(10)은 사전-처리와 제 2 프로세스 사이에 엔드 스테이션을 떠나지 않는다. For example, in one embodiment, an auxiliary plasma source is used to provide pre-treatment of the workpiece 10. A flowchart of this process is shown in FIG. 6. In this embodiment, since the ion beam 191 is not active during pre-treatment, the embodiment of Fig. 4A or 4B can be used. First, as shown in process 500, ion beam 191 is disabled. One or more etch papers, such as ammonia (NH 3 ) and NF 3 , are introduced into the auxiliary plasma source 270, as shown in process 510. The auxiliary plasma source 270 generates ions and other radicals. As shown in process 520, ions and radicals exit auxiliary plasma source 270 and drift towards workpiece 10, where they react with the silicon oxide layer of workpiece 10. Work piece 10 is then scanned so that the portion of work piece 10 that has been exposed to ions and radicals is heated by heater 240, as shown in process 530. The heat serves to sublimate the reacted silicon oxide generated on the surface of the workpiece 10, as shown in process 540. This process is repeated until the surface of the workpiece 10 is cleaned. Thereafter, the workpiece 10 may undergo another process with an ion beam 191, as shown in process 550. Advantageously, the workpiece 10 remains within the end station 200 throughout the pre-processing and second process shown in the process 550. In other words, the workpiece 10 does not leave the end station between the pre-processing and the second process.

다른 실시예에 있어서, 이상에서 설명된 프로세스는, 작업물(10)이 플래튼(210) 상에 배치되지 않을 때 수행될 수 있다. 이러한 실시예에 있어서, 이러한 프로세스는 플래튼(210)을 세정하도록 역할할 수 있다.In another embodiment, the process described above may be performed when the work piece 10 is not disposed on the platen 210. In this embodiment, this process may serve to clean the platen 210.

다른 실시예에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270)는 작업물(10)의 후-처리에서 사용된다. 예를 들어, 후 처리는 작업물(10)의 표면을 패시베이팅하기 위해 또는 이온 주입 프로세스에 의해 초래된 손상을 복구하기 위해 사용될 수 있다.  이의 순서도가 도 7에 도시된다. 먼저, 이상에서 설명된 바와 같이, 작업물(10)이 이온 빔(191)을 사용하여 프로세싱된다. 그런 다음, 프로세스(610)에 도시된 바와 같이, 프로세스 가스가 보조 플라즈마 소스(270) 내로 도입된다. 프로세스 가스는 수소/질소 혼합물을 포함할 수 있다. 프로세스(620)에 도시된 바와 같이, 보조 플라즈마 소스(270)로부터의 이온들 및 라디칼들이 작업물(10)의 표면을 향해 보내진다. 작업물(10)은, 프로세스(630)에 도시된 바와 같이, 예를 들어, 100°C-500°C의 온도에서, 가열기(240)를 지나 스캔된다.  손상 복구는 감소된 온도에서 형성 가스와 함께 작동하는 것으로 나타났으며, 이는 플라즈마 어닐링으로 지칭된다.  패시베이션은, 프로세스(640)에 도시된 바와 같이, 표면의 불포화 결합(dangling bond)들과 수소 또는 질소의 라디칼들을 반응시킴으로써 발생한다.In another embodiment, the auxiliary plasma source 270 is used in post-processing of the workpiece 10. For example, post-treatment may be used to passivate the surface of the workpiece 10 or to repair damage caused by the ion implantation process. Its flow chart is shown in FIG. 7. First, as described above, the workpiece 10 is processed using an ion beam 191. Then, as shown in process 610, a process gas is introduced into the auxiliary plasma source 270. The process gas may comprise a hydrogen/nitrogen mixture. As shown in process 620, ions and radicals from auxiliary plasma source 270 are directed towards the surface of workpiece 10. Work piece 10 is scanned past heater 240, for example at a temperature of 100°C-500°C, as shown in process 630. Damage repair has been shown to work with forming gases at reduced temperatures, referred to as plasma annealing. Passivation occurs by reacting radicals of hydrogen or nitrogen with dangling bonds on the surface, as shown in process 640.

일 실시예에 있어서, 도 7에 도시된 후-처리는, 이온 빔(191)이 디세이블되어 있는 동안 수행된다. 다른 실시예에 있어서, 후-처리는 도 4b에 도시된 실시예를 사용하여 수행될 수 있다. 특히, 작업물(10)이 이온 빔(191)에 의해 주입된다. 작업물(10)이 방향(212)으로 위쪽으로 이동됨에 따라, 그러면 주입된 부분이 보조 플라즈마 소스(270)로부터의 프로세스 가스에 노출된다. 그 이후에, 그 주입된 부분이 그런 다음 가열된다. 따라서, 이러한 실시예에 있어서, 작업물(10)은 작업물(10)의 단일 스캔 동안 이온 빔(191)에 의해 주입되고 후-처리된다. 다시 말해서, 작업물의 하나의 부분이 이온 빔에 노출되면서 제 1 부분과는 상이한 작업물의 제 2 부분이 플라즈마에 노출된다.In one embodiment, the post-processing shown in FIG. 7 is performed while the ion beam 191 is disabled. In another embodiment, the post-processing can be performed using the embodiment shown in FIG. 4B. In particular, the workpiece 10 is implanted by the ion beam 191. As the workpiece 10 is moved upward in the direction 212, the injected portion is then exposed to the process gas from the auxiliary plasma source 270. After that, the implanted part is then heated. Thus, in this embodiment, the workpiece 10 is implanted and post-processed by the ion beam 191 during a single scan of the workpiece 10. In other words, while one part of the work piece is exposed to the ion beam, a second part of the work piece different from the first part is exposed to the plasma.

따라서, 본 개시는, 이온들 및 라디칼들의 소스가 엔드 스테이션(200) 내에 통합되는 반도체 프로세싱 시스템을 설명한다. 종래에는, 어떠한 이온들 또는 라디칼들도 엔드 스테이션(200) 내로 도입되지 않는다는 것을 보장하기 위하여 큰 노력들이 이루어졌다. 특히, 플라즈마 플러드 건(220)은, 대부분의 전자들이 엔드 스테이션(200) 내로 방출됨을 보장하도록 설계된다. 본 반도체 프로세싱 시스템은 이온들 및 라디칼들을 엔드 스테이션(200) 내로 일부러 도입한다. 특정 실시예들에 있어서, 이러한 이온들 및 라디칼들은, 그렇지 않았다면 가능하지 않았을 애플리케이션들을 수행하기 위해 이온 빔(191)의 사용과 동시에 도입된다. Thus, the present disclosure describes a semiconductor processing system in which a source of ions and radicals is incorporated within the end station 200. Conventionally, great efforts have been made to ensure that no ions or radicals are introduced into the end station 200. In particular, the plasma flood gun 220 is designed to ensure that most of the electrons are released into the end station 200. The present semiconductor processing system intentionally introduces ions and radicals into the end station 200. In certain embodiments, these ions and radicals are introduced concurrently with the use of the ion beam 191 to perform applications that would otherwise not have been possible.

이상의 개시가 빔 라인 이온 주입기 시스템과 함께 보조 플라즈마 소스(270)의 사용을 설명하지만, 다른 실시예들이 또한 가능하다. 예를 들어, 도 8은 이러한 예를 도시한다. 이러한 도면에서, 반도체 프로세싱 시스템은 복수의 챔버 벽들(701)로 구성된 이온 소스 챔버(700)를 포함한다. 특정 실시예들에 있어서, 이러한 챔버 벽들(701) 중 하나 이상은 석영과 같은 유전체 재료로 구성될 수 있다. RF 안테나(710)는 제 1 유전체 벽(702)의 외부 표면 상에 배치될 수 있다. RF 안테나(710)는 RF 전원 공급장치(720)에 의해 전력이 공급될 수 있다. RF 안테나(710)로 전달되는 에너지는, 가스 주입구(730)를 통해 도입되는 공급 가스를 이온화하기 위하여 이온 소스 챔버(700) 내에서 방사된다. 다른 실시예들에 있어서, 가스는 상이한 방식으로, 예컨대, 간접 가열식 캐소드(indirectly heated cathode; IHC), 용량 결합 플라즈마 소스, 유도 결합 플라즈마 소스, 버나스(Bernas) 소스 또는 임의의 다른 플라즈마 생성기의 사용을 통해 이온화된다. While the above disclosure describes the use of the auxiliary plasma source 270 with a beamline ion implanter system, other embodiments are also possible. For example, Fig. 8 shows this example. In this figure, the semiconductor processing system includes an ion source chamber 700 composed of a plurality of chamber walls 701. In certain embodiments, one or more of these chamber walls 701 may be made of a dielectric material such as quartz. The RF antenna 710 may be disposed on the outer surface of the first dielectric wall 702. The RF antenna 710 may be powered by an RF power supply device 720. Energy delivered to the RF antenna 710 is radiated in the ion source chamber 700 to ionize the supply gas introduced through the gas injection port 730. In other embodiments, the gas may be in different ways, e.g. the use of an indirectly heated cathode (IHC), a capacitively coupled plasma source, an inductively coupled plasma source, a Bernas source or any other plasma generator. Is ionized through.

추출 플레이트(740)로 지칭되는 하나의 챔버 벽은, 이온들이 이를 통해 이온 소스 챔버(700)를 빠져나갈 수 있는 추출 개구(745)를 포함한다. 추출 플레이트(740)는 티타늄, 탄탈럼 또는 다른 금속과 같은 전기 전도성 재료로 구성될 수 있다. 추출 플레이트(740)는 폭이 300 밀리미터를 초과할 수 있다. 추가로, 추출 플레이트(745)는 작업물(10)의 직경보다 더 넓을 수 있다. 특정 실시예들에 있어서, 전극과 같은 추출 광학부(750)는, 이온 소스 챔버(700) 내에서 생성된 이온들을 작업물(10)을 향해 가속하기 위하여 추출 개구(745) 외부에 배치될 수 있다. One chamber wall, referred to as extraction plate 740, includes an extraction opening 745 through which ions can exit the ion source chamber 700. The extraction plate 740 may be made of an electrically conductive material such as titanium, tantalum or other metal. The extraction plate 740 may have a width exceeding 300 millimeters. Additionally, the extraction plate 745 may be wider than the diameter of the workpiece 10. In certain embodiments, the extraction optics 750, such as an electrode, may be disposed outside the extraction opening 745 to accelerate the ions generated in the ion source chamber 700 toward the workpiece 10. have.

플래튼(760)은 추출 개구(745) 근처에서 이온 소스 챔버(700) 외부에 배치된다. 작업물(10)이 플래튼(760) 상에 배치된다. The platen 760 is disposed outside the ion source chamber 700 near the extraction opening 745. Work piece 10 is placed on platen 760.

보조 플라즈마 소스(270)는 특정 실시예에서 도 3a에 대하여 설명된 것과 같을 수 있다. 다른 실시예들에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270)는 도 3b에 대하여 설명된 것과 같을 수 있다. 추가로, 보조 플라즈마 소스(270)의 출구 개구들(275)은 도 4a 또는 도 4b에 도시된 바와 같이 배향될 수 있다. The auxiliary plasma source 270 may be as described with respect to FIG. 3A in certain embodiments. In other embodiments, the auxiliary plasma source 270 may be as described with respect to FIG. 3B. Additionally, the outlet openings 275 of the auxiliary plasma source 270 may be oriented as shown in FIG. 4A or 4B.

특정 실시예들에 있어서, 플라즈마 플러드 건(220)이 사용되지 않을 수 있다. 플라즈마 플러드 건(220)은 이상에서 설명된 바와 같이 기능한다. In certain embodiments, the plasma flood gun 220 may not be used. The plasma flood gun 220 functions as described above.

본원에서 설명되는 프로세스들의 전부가 도 8에 도시된 구성을 사용하여 수행될 수 있다. All of the processes described herein can be performed using the configuration shown in FIG. 8.

본원에서 설명된 반도체 프로세싱 시스템 및 방법은 다수의 장점들을 가질 수 있다. The semiconductor processing systems and methods described herein can have a number of advantages.

노크 인(knock in)을 사용하는 구현예의 경우에 있어서, 주입의 깊이가 더 타이트하게 제어될 수 있다. 추가로, AsH3과 같은 분자가 주입될 때, 수소 이온들의 깊이는 노크 인을 사용하여 더 양호하게 제어될 수 있다. 노크 인의 사용과 연관된 추가적인 이점들이 존재한다. 첫째, 주입된 이온들로부터의 스트래글(straggle)이 에너지를 흡수하는 증착된 필름에 기인하여 감소될 수 있다. 이는, 측방 스트래글이 게이트 아래에서 단락 채널 효과들을 야기할 수 있는 소스/드레인 연장부와 같은 애플리케이션에 대해 유익하다. 둘째, 결과적인 도펀트 프로파일이 표면 피크(surface peak)가 되며, 이는 표면 피크 캐리어 농도를 생성할 것이다. 이는, 실리사이드 프로세스에 의해 가까운 표면이 소비되고 이러한 영역에서 낮은 접촉 저항이 바람직한 접촉부와 같은 애플리케이션들에 대해 유익하다. 셋째, 임박한(impending) 이온들이 증착된 필름을 인접한 핀 구조체들로 스퍼터링하여 핀들의 측벽 도핑을 개선할 수 있다. In the case of implementations using knock in, the depth of the injection can be tighter controlled. Additionally, when a molecule such as AsH 3 is implanted, the depth of hydrogen ions can be better controlled using knock-in. There are additional advantages associated with the use of knock-in. First, the stragle from the implanted ions can be reduced due to the deposited film absorbing energy. This is beneficial for applications such as source/drain extensions where lateral strangles can cause short channel effects under the gate. Second, the resulting dopant profile will be a surface peak, which will produce a surface peak carrier concentration. This is beneficial for applications such as contacts where a close surface is consumed by the silicide process and low contact resistance in this area is desired. Third, the doping of the sidewalls of the fins may be improved by sputtering the film on which impending ions are deposited to adjacent fin structures.

에칭의 경우에 있어서, 보조 플라즈마 소스(270)의 사용은, 후속 프로세스가 그 안에서 수행될 때 동일한 엔드 스테이션 내의 자생 산화물 층의 제거를 가능하게 한다. 에칭 및 증착 애플리케이션들에서의 이러한 구성의 추가적인 이점은, 순차적인 프로세스에 의해 낮은 에너지를 유지하면서 더 두꺼운 필름들을 처리하거나 또는 생성하기 위한 능력이다. 아래 층들의 원치 않는 스퍼터링 또는 손상이 방지되도록 낮은 에너지가 유용할 수 있다.In the case of etching, the use of an auxiliary plasma source 270 allows removal of the native oxide layer within the same end station when a subsequent process is performed therein. An additional advantage of this configuration in etching and deposition applications is the ability to process or produce thicker films while maintaining low energy by a sequential process. Low energy may be useful to prevent unwanted sputtering or damage of the underlying layers.

순차적인 동작의 경우에 있어서, 엔드 스테이션 내의 보조 플라즈마 소스(270)의 사용은 사전-처리 세정 프로세스 이후에 작업물을 운송해야 할 필요성을 제거한다. 이는 또한 세정과 프로세스(즉, 증착, 주입, 에칭) 사이의 시간의 양을 감소시킨다. 예를 들어, 애플리케이션이 자생 산화물 층들에 민감한 경우, 작업물의 표면을 세정하는 것과 작업물이 희망되는 프로세스를 겪는 것 사이의 시간의 감소는 자생 산화물 층의 재성장을 최소화한다. In the case of sequential operation, the use of an auxiliary plasma source 270 in the end station eliminates the need to transport the workpiece after the pre-treatment cleaning process. It also reduces the amount of time between cleaning and processing (ie, deposition, implantation, etching). For example, if the application is sensitive to autogenous oxide layers, the reduction of the time between cleaning the surface of the work piece and the work piece undergoing the desired process minimizes regrowth of the autogenous oxide layer.

본 개시는 본원에서 설명된 특정 실시예에 의해 범위가 제한되지 않는다. 오히려, 본원에서 설명된 실시예들에 더하여, 본 개시의 다른 다양한 실시예들 및 이에 대한 수정예들이 이상의 설명 및 첨부된 도면들로부터 당업자들에게 자명해질 것이다. 따라서, 이러한 다른 실시예들 및 수정예들이 본 개시의 범위 내에 속하도록 의도된다. 추가로, 본 개시가 본원에서 특정 목적을 위한 특정 환경에서의 특정 구현예의 맥락에서 설명되었지만, 당업자들은 이의 유용함이 이에 한정되지 않으며, 본 개시가 임의의 수의 목적들을 위한 임의의 수의 환경들에서 유익하게 구현될 수 있다는 것을 인식할 것이다. 따라서, 이하에서 기술되는 청구항들은 본원에서 설명된 바와 같은 본 개시의 완전한 폭과 사상의 관점에서 해석되어야만 한다.The present disclosure is not limited in scope by the specific embodiments described herein. Rather, in addition to the embodiments described herein, other various embodiments of the present disclosure and modifications thereto will become apparent to those skilled in the art from the above description and accompanying drawings. Accordingly, these other embodiments and modifications are intended to be within the scope of this disclosure. Additionally, although the present disclosure has been described herein in the context of a particular embodiment in a particular environment for a particular purpose, those skilled in the art are not limited in its usefulness, and the present disclosure is intended to be used in any number of environments for any number of purposes. It will be appreciated that it can be beneficially implemented in. Accordingly, the claims set forth below should be interpreted in light of the full breadth and spirit of the present disclosure as described herein.

Claims (35)

반도체 프로세싱 시스템으로서,
이온 빔을 형성하기 위해 사용되는 이온들을 생성하기 위한 이온 소스; 및
상기 작업물에 근접하여 배치되는 보조 플라즈마 소스로서, 상기 보조 플라즈마 소스는 상기 작업물을 향해 이온들 및 라디칼들을 방출하도록 배향된 출구 개구를 갖는, 상기 보조 플라즈마 소스를 포함하는, 반도체 프로세싱 시스템.
As a semiconductor processing system,
An ion source for generating ions used to form the ion beam; And
And an auxiliary plasma source disposed proximate the work piece, the auxiliary plasma source having an outlet opening oriented to emit ions and radicals toward the work piece.
청구항 1에 있어서,
상기 이온 소스는 빔 라인 이온 시스템의 컴포넌트인, 반도체 프로세싱 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the ion source is a component of a beamline ion system.
청구항 1에 있어서,
상기 보조 플라즈마 소스는, 외부 하우징, 안테나, 및 상기 안테나와 연통하는 RF 전원 공급장치를 포함하는, 반도체 프로세싱 시스템.
The method according to claim 1,
The auxiliary plasma source includes an outer housing, an antenna, and an RF power supply in communication with the antenna.
청구항 1에 있어서,
상기 출구 개구는, 상기 이온 빔이 작업물에 충돌하는 위치에서 상기 작업물을 향해 상기 라디칼들 및 이온들이 보내지도록 배향되는, 반도체 프로세싱 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the exit opening is oriented to direct the radicals and ions towards the workpiece at a location where the ion beam impinges on the workpiece.
청구항 1에 있어서,
상기 출구 개구는, 상기 라디칼들 및 이온들이 상기 이온 빔에 평행한 방향으로 상기 작업물을 향해 보내지도록 배향되는, 반도체 프로세싱 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the exit opening is oriented such that the radicals and ions are directed toward the workpiece in a direction parallel to the ion beam.
청구항 1에 있어서,
상기 보조 플라즈마 소스는, 상기 이온들이 상기 작업물로 끌어당겨지도록 바이어싱되는, 반도체 프로세싱 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the auxiliary plasma source is biased such that the ions are attracted to the workpiece.
청구항 1에 있어서,
상기 반도체 프로세싱 시스템은 작업물이 배치되는 엔드 스테이션(end station)을 포함하며, 상기 보조 플라즈마 소스는 상기 엔드 스테이션 내에 배치되는, 반도체 프로세싱 시스템.
The method according to claim 1,
Wherein the semiconductor processing system includes an end station to which a workpiece is disposed, and the auxiliary plasma source is disposed within the end station.
청구항 7에 있어서,
상기 반도체 프로세싱 시스템은 상기 엔드 스테이션 내에 배치되는 가열기를 포함하는, 반도체 프로세싱 시스템.
The method of claim 7,
Wherein the semiconductor processing system includes a heater disposed within the end station.
청구항 7에 있어서,
상기 반도체 프로세싱 시스템은 상기 엔드 스테이션 내에 배치되는, 상기 보조 플라즈마 소스와는 별개의 플라즈마 플러드 건(flood gun)을 포함하는, 반도체 프로세싱 시스템.
The method of claim 7,
Wherein the semiconductor processing system includes a plasma flood gun disposed within the end station and separate from the auxiliary plasma source.
작업물 내로 희망되는 종의 이온들을 주입하는 방법으로서,
상기 희망되는 종을 포함하는 가스를 사용하여 보조 플라즈마 소스 내에서 플라즈마를 생성하는 단계로서, 상기 보조 플라즈마 소스는 상기 작업물에 근접하여 위치되며, 상기 플라즈마로부터의 이온들 및 라디칼들은 상기 보조 플라즈마 소스를 빠져나와 상기 작업물을 향해 이동하는, 단계; 및
상기 보조 플라즈마 소스와는 상이한 이온 소스를 사용하여 생성된 이온 빔을 사용하여, 상기 보조 플라즈마 소스로부터의 상기 이온들 및 라디칼들을 상기 작업물 내로 때려 넣는(knock) 단계를 포함하는, 방법.
As a method of implanting ions of a desired species into the work piece,
Generating a plasma in an auxiliary plasma source using a gas containing the desired species, wherein the auxiliary plasma source is located close to the work, and ions and radicals from the plasma are the auxiliary plasma source Exiting and moving toward the work piece; And
And knocking the ions and radicals from the auxiliary plasma source into the workpiece using an ion beam generated using a different ion source than the auxiliary plasma source.
청구항 10에 있어서,
상기 이온 빔은 비활성 종을 포함하는, 방법.
The method of claim 10,
The method of claim 1, wherein the ion beam comprises an inactive species.
청구항 10에 있어서,
상기 플라즈마로부터의 상기 이온들 및 라디칼들은, 상기 이온 빔이 상기 작업물에 충돌하는 위치에서 상기 작업물을 향해 보내지는, 방법.
The method of claim 10,
The ions and radicals from the plasma are directed toward the workpiece at a location where the ion beam impinges on the workpiece.
청구항 12에 있어서,
상기 이온들 및 라디칼들은, 상기 이온 빔이 상기 작업물에 충돌하는 위치에서 상기 작업물의 표면 상에 필름을 형성하는, 방법.
The method of claim 12,
The method, wherein the ions and radicals form a film on the surface of the work piece at a location where the ion beam strikes the work piece.
청구항 10에 있어서,
상기 희망되는 종은 III 족, IV 족 또는 V 족 원소를 포함하는 분자를 포함하는, 방법.
The method of claim 10,
Wherein the desired species comprises a molecule comprising a Group III, IV or V group element.
작업물을 프로세싱하는 방법으로서,
에칭 종을 포함하는 가스를 사용하여 보조 플라즈마 소스 내에서 플라즈마를 생성하는 단계로서, 상기 보조 플라즈마 소스는 엔드 스테이션 내에서 상기 작업물에 근접하여 위치되고, 상기 플라즈마로부터의 이온들 및 라디칼들은 상기 보조 플라즈마 소스를 빠져나와 상기 작업물의 표면 상의 자생 산화물 층과 반응하는, 단계;
상기 반응 이후에 상기 작업물을 가열하는 단계로서, 열은 상기 작업물 상의 상기 자생 산화물 층의 승화를 야기하는, 단계; 및
상기 보조 플라즈마 소스와는 상이한 이온 소스를 사용하여 생성된 이온 빔을 사용하여 상기 작업물에 대해 추가적인 프로세스를 수행하는 단계로서, 상기 작업물은 상기 엔드 스테이션 내에 남아 있는, 단계를 포함하는, 방법.
As a method of processing a work,
Generating a plasma in an auxiliary plasma source using a gas containing an etching species, wherein the auxiliary plasma source is located in close proximity to the workpiece in an end station, and ions and radicals from the plasma are Exiting the plasma source and reacting with the native oxide layer on the surface of the workpiece;
Heating the workpiece after the reaction, wherein heat causes sublimation of the native oxide layer on the workpiece; And
Performing an additional process on the work piece using an ion beam generated using an ion source different from the auxiliary plasma source, the work piece remaining within the end station.
청구항 15에 있어서,
상기 에칭 종은 암모니아 및 NF3으로 구성된 그룹으로부터 선택되는, 방법.
The method of claim 15,
Wherein the etch species is selected from the group consisting of ammonia and NF 3 .
청구항 15에 있어서,
상기 작업물은, 상기 작업물의 일 부분이 상기 플라즈마에 노출되고 그런 다음 열에 노출되도록 스캔되는, 방법.
The method of claim 15,
Wherein the workpiece is scanned such that a portion of the workpiece is exposed to the plasma and then to heat.
청구항 15에 있어서,
상기 생성하는 단계 및 가열하는 단계는, 상기 작업물의 상기 표면이 세정될 때까지 반복되는, 방법.
The method of claim 15,
Wherein the generating and heating steps are repeated until the surface of the workpiece is cleaned.
작업물을 에칭하는 방법으로서,
에칭 종을 포함하는 가스를 사용하여 보조 플라즈마 소스 내에서 플라즈마를 생성하는 단계로서, 상기 보조 플라즈마 소스는 상기 작업물에 근접하여 위치되며, 상기 플라즈마로부터의 이온들 및 라디칼들은 상기 작업물의 일 부분을 향해 상기 보조 플라즈마 소스를 빠져나와 상기 작업물의 상기 일 부분 상에 필름을 형성하는, 단계; 및
상기 작업물을 에칭하기 위한 에너지를 제공하기 위하여, 상기 보조 플라즈마 소스와는 상이한 이온 소스를 사용하여 생성된 이온 빔을 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
As a method of etching the work,
Generating a plasma in an auxiliary plasma source using a gas containing an etching species, wherein the auxiliary plasma source is located in proximity to the workpiece, and ions and radicals from the plasma degenerate a portion of the workpiece. Exiting the auxiliary plasma source toward the formation of a film on the portion of the work piece; And
Using an ion beam generated using a different ion source than the auxiliary plasma source to provide energy to etch the workpiece.
청구항 19에 있어서,
상기 에칭 종은 할로겐을 포함하는, 방법.
The method of claim 19,
Wherein the etch species comprises halogen.
청구항 19에 있어서,
상기 에칭 종은 CF4 및 산소를 포함하는, 방법.
The method of claim 19,
Wherein the etch species comprises CF 4 and oxygen.
청구항 19에 있어서,
상기 에칭 종은 할로겐을 포함하며, 자생 산화물 층이 에칭되는, 방법.
The method of claim 19,
Wherein the etch species comprises a halogen and the autogenous oxide layer is etched.
청구항 19에 있어서,
상기 이온 빔은 비활성 가스를 포함하는, 방법.
The method of claim 19,
Wherein the ion beam comprises an inert gas.
청구항 19에 있어서,
상기 이온 빔은, 상기 필름이 생성되는 동안 상기 작업물의 상기 일 부분으로 보내지는, 방법.
The method of claim 19,
Wherein the ion beam is directed to the portion of the work piece while the film is being produced.
청구항 19에 있어서,
상기 이온 빔은, 상기 필름이 생성된 이후에 상기 작업물의 상기 일 부분으로 보내지는, 방법.
The method of claim 19,
Wherein the ion beam is directed to the portion of the work piece after the film is created.
작업물 상에 재료를 증착하는 방법으로서,
프로세스 가스를 사용하여 보조 플라즈마 소스 내에서 플라즈마를 생성하는 단계로서, 상기 보조 플라즈마 소스는 상기 작업물에 근접하여 위치되며, 상기 플라즈마로부터의 이온들 및 라디칼들은 상기 작업물의 일 부분을 향해 상기 보조 플라즈마 소스를 빠져나와 상기 작업물의 상기 일 부분 상에 필름을 형성하는, 단계; 및
상기 작업물 상에 상기 재료를 증착하기 위한 에너지를 제공하기 위해, 상기 보조 플라즈마 소스와는 상이한 이온 소스를 사용하여 생성된 이온 빔을 사용하는 단계를 포함하는, 방법.
As a method of depositing a material on a workpiece,
Generating a plasma in an auxiliary plasma source using a process gas, wherein the auxiliary plasma source is located close to the work piece, and ions and radicals from the plasma are directed toward a portion of the work piece. Exiting the source and forming a film on the portion of the work piece; And
And using an ion beam generated using an ion source different from the auxiliary plasma source to provide energy to deposit the material on the workpiece.
청구항 26에 있어서,
상기 프로세스 가스는 CH4를 포함하며, 상기 이온 빔은 IV 족 원소를 포함하는, 방법.
The method of claim 26,
Wherein the process gas comprises CH 4 and the ion beam comprises a Group IV element.
청구항 26에 있어서,
오로지 상기 이온 빔만을 사용하여 생성되는 것보다 더 박스형의 프로파일이 생성되는, 방법.
The method of claim 26,
A method, wherein a more boxed profile is created than that produced using only the ion beam.
작업물을 프로세싱하는 방법으로서,
이온 빔을 사용하여 작업물을 향해 이온들을 보내는 단계;
프로세스 가스를 사용하여 보조 플라즈마 소스 내에서 플라즈마를 생성하는 단계로서, 상기 보조 플라즈마 소스는 엔드 스테이션 내에서 상기 작업물에 근접하여 위치되고, 상기 플라즈마로부터의 이온들 및 라디칼들은 상기 보조 플라즈마 소스를 빠져나와 상기 작업물의 표면과 반응하는, 단계;
상기 반응 이후에 상기 작업물을 가열하는 단계로서, 상기 열은 상기 이온 빔에 의해 초래된 상기 작업물의 상기 표면 상의 손상을 복구하는, 단계를 포함하는, 방법.
As a method of processing a work,
Sending ions towards the work piece using an ion beam;
Generating a plasma in an auxiliary plasma source using a process gas, wherein the auxiliary plasma source is located in close proximity to the workpiece within an end station, and ions and radicals from the plasma exit the auxiliary plasma source. Reacting with me and the surface of the work;
Heating the workpiece after the reaction, the heat repairing damage on the surface of the workpiece caused by the ion beam.
청구항 29에 있어서,
상기 이온 빔은 상기 작업물 내로 이온들을 주입하기 위해 사용되는, 방법.
The method of claim 29,
Wherein the ion beam is used to implant ions into the workpiece.
청구항 29에 있어서,
상기 작업물은, 상기 작업물의 일 부분이 상기 플라즈마에 노출되고 그런 다음 열에 노출되도록 스캔되는, 방법.
The method of claim 29,
Wherein the workpiece is scanned such that a portion of the workpiece is exposed to the plasma and then to heat.
청구항 29에 있어서,
상기 작업물은 100° 내지 500°C 사이의 온도까지 가열되는, 방법.
The method of claim 29,
The method, wherein the workpiece is heated to a temperature between 100° and 500°C.
청구항 29에 있어서,
상기 프로세스 가스는 할로겐/질소 혼합물을 포함하는, 방법.
The method of claim 29,
Wherein the process gas comprises a halogen/nitrogen mixture.
청구항 29에 있어서,
상기 생성하는 단계 및 가열하는 단계 이전에 상기 작업물의 전체가 상기 이온 빔에 의해 프로세싱되는, 방법.
The method of claim 29,
And prior to the generating and heating the entire work piece is processed by the ion beam.
청구항 29에 있어서,
상기 작업물의 일 부분은 상기 이온 빔에 의해 프로세싱되며, 동시에 제 2 부분은 상기 플라즈마와 반응되는, 방법.
The method of claim 29,
A portion of the workpiece is processed by the ion beam while a second portion is reacted with the plasma.
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